環(huán)氧樹脂減摩耐磨復(fù)合材料涂層的工藝與性能研究.pdf

1、本論文以提高環(huán)氧樹脂涂層的耐磨性為目標(biāo)，以改性的納米A12O3粒子、短碳纖維和二硫化鉬為填料，研究了不同填料對(duì)涂層耐磨性的影響，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料的其它性能如熱分解性能、彎曲性能以及涂層的硬度和粗糙度等進(jìn)行了分析，對(duì)其摩擦磨損機(jī)理進(jìn)行了初步探討。 為了改善納米粒子在環(huán)氧樹脂基體中的分散性，提高無機(jī)粒子與基體的界面結(jié)合力，選擇了硅烷偶聯(lián)劑KH550和KH570分別對(duì)粒子表面進(jìn)行改性。在固化程序下，KH550改性的粒子表面的一NH2基團(tuán)

2、能與環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，增強(qiáng)粒子與基體之間的界面粘結(jié)；而KH570改性的粒子則因不能與環(huán)氧樹脂基體反應(yīng)，并且改性后粒子的納米效應(yīng)減弱，導(dǎo)致效果反而不如未改性的納米粒子。 本論文系統(tǒng)研究了各種聚合條件(加料順序、偶聯(lián)劑加入量、反應(yīng)時(shí)間)對(duì)改性效果的影響。TGA測(cè)試表明獲得了不同接枝率的改性粒子。對(duì)改性粒子進(jìn)行的TGA測(cè)試以及FTIR測(cè)試證明了KH550改性的納米粒子能夠與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng)，而KH570改性的納米粒子不能發(fā)生反應(yīng)。

3、 通過引入一個(gè)新的參數(shù)a=實(shí)際最終殘余物的量／不產(chǎn)生影響時(shí)的理論最終殘余的量，分析了粒子對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱分解過程中的作用，結(jié)果表明：加入未改性的納米粒子或KH550改性后的納米粒子，有利于體系在熱分解過程中的成碳過程；而KH570改性的納米粒子不利于復(fù)合材料在熱分解過程中的成碳過程。結(jié)合粒子對(duì)復(fù)合材料其它方面性能的影響，分析了不同粒子對(duì)復(fù)合材料熱分解過程中的影響的可能原因。 涂層的摩擦磨損性能研究表明，在環(huán)氧樹脂中加入納

4、米A12O3粒子或KH550改性A12O3粒子后，粒子的存在提高了硬度，抑制了裂紋的發(fā)展，減輕了材料的破壞；由于KH570改性的A12O3粒子在基體中的分散性以及界面作用較差，所以含量提高時(shí)，耐磨性變差；在添加A12O3粒子填充體系摩擦過程中，在表面形成片層結(jié)構(gòu)，有效降低了材料的磨損量：增加納米A12O3粒子或KH550改性A12O3粒子的填充量，復(fù)合體系磨損量變化較小。在填充KH550改性A12O3粒子的體系中加入短碳纖維后，環(huán)氧樹脂

5、耐磨性可以得到進(jìn)一步提高，這是由于涂層中橫向排布的碳纖維可以起到分散載荷以及潤(rùn)滑的作用，降低了砂輪對(duì)涂層的碾壓和刮擦，但是加入的纖維的量過多時(shí)，由于纖維之間以及纖維與環(huán)氧樹脂之間的相互作用力較小，容易脫落，反而不利于耐磨性的提高；二硫化鉬的加入有利于片層結(jié)構(gòu)的形成，能進(jìn)一步降低黏著磨損，所以進(jìn)一步提高了耐磨性；但是碳纖維和二硫化鉬的量都不能太高，碳纖維過高時(shí)，在涂層中的堆疊分布增加了材料的破壞，而二硫化鉬與基體的界面結(jié)合力較弱也對(duì)耐磨性

6、會(huì)產(chǎn)生不利影響。 復(fù)合材料高的彎曲模量和良好的界面作用有利于提高涂層的耐磨性，此外，耐磨性還與摩擦過程中片層結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)；涂層的擺式硬度和邵氏硬度越大，耐磨性能越好，可能是因?yàn)門EPA固化的涂層在實(shí)驗(yàn)條件下，因?yàn)橛捕鹊奶岣吣芙档筒牧系酿ぶp，同時(shí)粒子的加入也有利于形成更光滑的片狀轉(zhuǎn)移層。 此外本文還研究了高、中、低溫固化劑對(duì)涂料的減摩耐磨和其他性能的影響。分別選用DDS、EMI-2,4和TEPA為固化劑，考察不同固化

7、劑固化的涂料的耐磨性，以闡明環(huán)氧樹脂基體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)涂料耐磨性、耐熱性等性能的影響。結(jié)果表明磨損圈數(shù)和載荷較小時(shí)，DDS固化的涂料有很好的耐磨性，主要原因是DDS固化的涂層硬度更大；而當(dāng)磨損圈數(shù)超過2000轉(zhuǎn)后，四乙烯五胺固化的涂料因?yàn)槟軌蛐纬蓾?rùn)滑性非常好的轉(zhuǎn)移層，其耐磨性反而更好。咪唑固化的涂層因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中為醚健-O-，其耐熱性最好，但本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件下涂層的溫度較低，不同固化劑固化的材料的熱性能對(duì)材料的耐磨性能的影響較??；彎曲模量和