本文選題：環(huán)氧樹脂　切入點：復合材料　出處：《東北石油大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：復合材料是目前發(fā)展最迅速的材料之一,它可以通過結合不同組分的優(yōu)點進而優(yōu)化材料的性能。尤其是聚合物基復合材料由于其質輕、耐腐蝕、耐高溫、易加工成型等優(yōu)良性能正在代替金屬材料成為21世紀最具有發(fā)展前景的材料。環(huán)氧樹脂(EP),作為一種重要的先進工程復合材料的熱固性基體,具有硬度大、固體收縮率低、耐化學腐蝕性強以及尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點。然而純環(huán)氧樹脂固化后脆性高、傳熱系數(shù)高、耐磨性差,為了使其在工程應用領域有更廣闊的發(fā)展空間,對其填充改性勢在必行。本論文以提高環(huán)氧樹脂基復合材料的耐磨性能和力學性能為研究目標,圍繞復合材料的表界面、組成-微結構-性能之間關系等科學問題,開展了材料改性、表征分析、力學增強、耐磨性增強的應用基礎性研究。通過采用三維增強體填充、有機共混以及纖維增強等多種復合改性方法,大幅度提高環(huán)氧樹脂基復合材料的耐磨性能和力學性能。論文的主要研究內(nèi)容及結論如下:(1)基于多巴胺功能化碳納米管(CNT-PDA)增強的聚氨酯(PU)海綿成功制備出具有三維(3D)網(wǎng)絡互穿結構的環(huán)氧樹脂(EP)復合材料。采用透射掃描電鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析了多巴胺功能化碳納米管及改性后的聚氨酯海綿。對比研究了純EP、PU3D/EP和CNT-PDA/PU3D/EP復合材料的耐熱性能、力學性能以及摩擦磨損性能。研究表明,通過多巴胺的氧化自聚合,功能化碳納米管成功地接枝到海綿骨架表面,使改性后的海綿形成一個連續(xù)的三維碳網(wǎng)結構。同時由于聚多巴胺的共價鍵連接,修飾后的海綿和環(huán)氧基體間的界面作用明顯增強。因而CNT-PDA/PU3D/EP復合材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能,相對于純環(huán)氧樹脂耐熱性能有所提高,相對于PU3D/EP復合材料,拉伸強度和沖擊強度分別增大了12.7%和8.8%。此外,相對于純EP和PU3D/EP復合材料,CNT-PDA/PU3D/EP復合材料在不同的載荷和滑行速度下均表現(xiàn)出更低的磨損率和摩擦系數(shù),并且曲線變化趨勢更平穩(wěn)。特別的,在1.6 MPa、0.51 m/s條件下,CNT-PDA/PU3D/EP復合材料的耐磨損性能相對于純EP和PU3D/EP復合材料分別提高了6.2倍和3倍。(2)通過溶劑蒸發(fā)和固化方法制備了不同含量的聚偏氟乙烯(PVDF)和碳納米管(CNTs)共同填充的環(huán)氧樹脂復合材料。利用FT-IR和X射線衍射(XRD)分析了PVDF/EP復合材料固化前后的變色機理。同時研究了PVDF和CNTs含量對復合材料力學和摩擦學性能的影響。結果表明當PVDF和CNTs的質量分數(shù)分別為30%和1.0%時,復合材料獲得最佳的力學性能和摩擦學性能。相對于30%PVDF/EP復合材料,1.0%CNT/30%PVDF/EP復合材料彎曲強度和硬度分別增加了36.2%和10.1%。在載荷為1.0 MPa、速度為0.76 m/s條件下,1.0%CNT/30%PVDF/EP復合材料的磨損率相對于純EP和30%PVDF/EP復合材料分別降低了92.1%和40%。此外,對這三種材料進行了在不同載荷和速度下的磨損測試,1.0%CNT/30%PVDF/EP復合材料都表現(xiàn)出最優(yōu)異的摩擦學性能。采用SEM-EDS表征對試樣的磨損面和對偶面分析得到,滑行過程中剝落的PVDF和CNTs會在機械力的作用下逐漸形成一層固體轉移膜,有效的阻止了試樣磨損面與對偶面間的直接磨損,這對1.0%CNT/30%PVDF/EP復合材料減磨耐磨性能的提升具有很大貢獻。(3)通過結合棉纖維布的疏水化與環(huán)氧復合材料的固化成功制備了纖維增強的環(huán)氧樹脂基超疏水耐磨復合涂層,其中環(huán)氧溶液中包含可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚氨酯(PU)和疏水性二氧化硅(SiO2)納米粒子。采用FT-IR和SEM分析了改性棉纖維和最終涂層的基團變化和微觀形貌�？疾炝薖FA和PU含量分別對涂層疏水性能和摩擦磨損性能的影響,同時進行了粘附力和耐酸堿測試,并對比分析了環(huán)氧溶液中各成分對涂層性能的影響。當環(huán)氧溶液中含有35 wt.%PFA和25 wt.%PU時,涂層表現(xiàn)出超疏水性能,水接觸角為153.5±1°。摩擦學測試結果表明,該纖維布/環(huán)氧復合材料超疏水涂層在2.8 MPa、0.51 m/s條件下具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和優(yōu)異的耐磨損性能。經(jīng)過240000圈磨損后,涂層沒有明顯損壞只是厚度下降了80μm,且水接觸角仍可達到142°。同時,涂層表現(xiàn)出良好的粘附力性能和耐酸堿性能。涂層所具備的綜合性能源于環(huán)氧溶液中各成分的協(xié)同作用。PFA不僅有助于降低表面能,而且提高耐酸堿性能,疏水型SiO2納米粒子有助于協(xié)助構建多尺度的粗糙結構,二者結合賦予了涂層的超疏水性能;PU的加入明顯提高了涂層的耐磨性能。
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【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ323.5;TB332
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本文編號：1645898