• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的研究

      2012-11-22 01:02:56梁小平王化平李冬梅
      關(guān)鍵詞:短纖維磨損率玄武巖

      劉 建,梁小平,王化平,李冬梅,左 蕊

      (1.天津工業(yè)大學(xué) 中空纖維膜材料與膜過程省部共建國家重點實驗室培育基地,天津 300160;2.天津工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300160)

      環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及不飽和聚酯樹脂被稱作三大通用型熱固性樹脂.由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的黏結(jié)性能、機械強度、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性及耐高低溫性,已成為熱固性樹脂中用量最大、應(yīng)用最廣的品種.由于純環(huán)氧樹脂固化后成三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),交聯(lián)密度高、內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)脆、抗沖擊韌性差,難以滿足日益發(fā)展的工程技術(shù)的要求,所以其應(yīng)用受到一定限制[1].因此,添加一些有機或無機增強劑對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性成為近年來的研究熱點,包括纖維增強樹脂(fiber-reinforced polymer,簡稱FRP).目前,用于增強樹脂的無機纖維有玻璃纖維、碳纖維等[2-3],而對玄武巖短纖維增強樹脂性能的研究還很少.玄武巖短纖維作為一種新型纖維,具有優(yōu)于玻璃纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能,當(dāng)它與各類樹脂復(fù)合時,有著比玻璃纖維和碳纖維更強的黏合強度.研究表明,玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂的拉伸強度與無堿玻璃纖維相當(dāng),而拉伸模量則高出無堿玻璃纖維50%~70%,高出S-玻璃纖維93%,高出Aramid 纖維20%[4].因此,玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝、力學(xué)性能以及使用方向都將成為新的研究熱點.本研究將玄武巖短纖維進(jìn)行偶聯(lián)劑處理,采用溶液共混法將其與環(huán)氧樹脂相復(fù)合制備玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,主要考察了玄武巖短纖維的含量對復(fù)合材料抗拉性能和摩擦學(xué)性能的影響.

      1 實驗

      1.1 實驗材料

      將環(huán)氧樹脂、固化劑和經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的玄武巖短纖維按一定比例機械混合均勻,再將混料倒入涂有脫模劑的模具內(nèi),逐步升高溫度到樹脂的軟化點,采取一定的時間保溫,繼續(xù)升高溫度到達(dá)樹脂的固化溫度后保溫.采用的固化機制為80 ℃/2 h+120 ℃/2 h,脫模后再在200 ℃下處理2 h.固化好的試樣切割成150 mm×20 mm×0.5 mm和6 mm×7 mm×30 mm的條形樣品分別用于拉伸性能測試和摩擦磨損測試.

      1.2 測試與表征

      利用M350-5kN型電子萬能試驗機測試玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強度,摩擦磨損實驗在M-2000型環(huán)-塊式摩擦磨損機上進(jìn)行.環(huán)的材料為高鉻鋼,玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料塊試樣尺寸為6 mm×30 mm ×6 mm.摩擦磨損實驗參數(shù)如下:載荷200 N,轉(zhuǎn)速400 r/min,運行時間10 min.采用感量為0.1 mg 的分析天平測定試樣的磨損質(zhì)量損失,實驗數(shù)據(jù)為3組測試值的平均值,然后由磨損質(zhì)量損失與滑動時間之比計算出磨損率.采用QUANTA200型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磨損前后表面形貌,并分析其磨損機制.

      2 結(jié)果與討論

      2.1 玄武巖短纖維含量對復(fù)合材料拉伸性能的影響

      圖1是復(fù)合材料的拉伸強度隨玄武巖短纖維含量的變化曲線.從圖1中可以觀察到玄武巖短纖維的加入可以明顯提高環(huán)氧樹脂的拉伸強度.隨著玄武巖短纖維含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強度先增加后減少,當(dāng)玄武巖短纖維含量在8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時,拉伸強度達(dá)到最大值,約為純環(huán)氧樹脂的2.5倍.當(dāng)玄武巖短纖維的含量超出8%時,復(fù)合材料的拉伸強度出現(xiàn)急劇下降的趨勢.

      2.2 玄武巖短纖維含量對復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響

      圖2為載荷為200 N條件下玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦系數(shù)、磨損率與玄武巖短纖維含量的關(guān)系.由圖2可見,玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著玄武巖短纖維的加入呈現(xiàn)降低趨勢.當(dāng)玄武巖短纖維含量約為8%時,摩擦系數(shù)達(dá)到最低值.在滾動摩擦過程中,聚合物在固—固接觸時產(chǎn)生的摩擦力與聚合物本體試樣形變時的斷裂行為是密切相關(guān)的.粘著理論認(rèn)為,聚合物—不銹鋼的界面粘著非常牢固,剪切一般發(fā)生在聚合物基體上,而不發(fā)生在界面上,聚合物的整體強度決定了摩擦力的大小[5-6].加入玄武巖短纖維后,材料的整體強度增大,因而摩擦系數(shù)下降.從圖2中可以看出,當(dāng)玄武巖短纖維的含量為6%時,復(fù)合材料的磨損率最低,表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐磨性.在環(huán)氧樹脂中加入玄武巖短纖維后,提高了其拉伸強度,與鋼對磨時,玄武巖短纖維可以起承載作用,同時也相對束縛了環(huán)氧樹脂大分子的滑移,所以復(fù)合材料的耐磨性明顯提高.但是,玄武巖短纖維過多會造成其在樹脂中大量的團(tuán)聚,拉伸強度降低,耐磨性能也降低.

      圖1 纖維含量對玄武巖短纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料拉伸強度的影響

      圖2 纖維含量對玄武巖短纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料摩擦系數(shù)和磨損率的影響

      2.3 顯微結(jié)構(gòu)分析

      圖3是玄武巖短纖維含量為6%和10%的復(fù)合材料斷面的掃描電鏡圖片.從圖3(a)可以看到,添加6%玄武巖短纖維的復(fù)合材料中纖維較好地分散在樹脂基體內(nèi),玄武巖短纖維和環(huán)氧樹脂的結(jié)合良好,纖維周圍沒有明顯的空隙或空洞,而且纖維之間沒有團(tuán)聚現(xiàn)象.從圖3(b)中可以看出,當(dāng)玄武巖短纖維的含量為10%時,復(fù)合材料中的纖維分散不均勻,部分區(qū)域纖維團(tuán)聚現(xiàn)象明顯,這是造成復(fù)合材料拉伸強度下降的主要原因.

      圖3 玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的斷面SEM照片

      圖4是添加了玄武巖短纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料磨損表面的SEM照片.純環(huán)氧樹脂在摩擦力的反復(fù)作用下,裂紋的發(fā)展是從表面層以下開始的,表現(xiàn)為非常嚴(yán)重的疲勞磨損,產(chǎn)生大塊材料的脫落,導(dǎo)致很高的磨損率.可見,環(huán)氧樹脂磨損表面較為粗糙,存在大量片狀與粒狀磨屑,其磨損機制主要是粘著磨損和疲勞剝落,見圖4(a).圖4(b~d)所示,當(dāng)玄武巖短纖維的含量較少時,主要是摩擦副與復(fù)合材料表面的環(huán)氧樹脂之間互相接觸,在摩擦力的作用下,環(huán)氧樹脂向摩擦副產(chǎn)生粘著轉(zhuǎn)移,所以這一階段復(fù)合材料主要呈現(xiàn)為粘著磨損.隨著樹脂基體的磨損剝落,復(fù)合材料表面開始凸凹不平,同時玄武巖短纖維暴露出一部分,承擔(dān)一定載荷.這一階段,疲勞裂紋也逐漸在復(fù)合材料中萌生,特別是在界面上的孔洞和縫隙部位,應(yīng)力集中會導(dǎo)致裂紋的迅速擴展.隨著玄武巖短纖維含量的增加,復(fù)合材料表層環(huán)氧樹脂磨損剝落,玄武巖短纖維承擔(dān)起載荷,此時摩擦副與環(huán)氧樹脂間的接觸部分轉(zhuǎn)變?yōu)閷δΣ粮迸c玄武巖短纖維間的接觸,所以基體的黏著磨損降低,逐漸轉(zhuǎn)變成磨粒磨損,如圖4(e~f)所示.

      圖4 不同玄武巖短纖維含量的復(fù)合材料磨損表面SEM照片

      3 結(jié)論

      (1)由于玄武巖短纖維的增強作用,添加玄武巖短纖維提高了環(huán)氧樹脂的抗拉強度,當(dāng)添加量為8%時,復(fù)合材料的拉伸強度最大,約為純環(huán)氧樹脂的2.5倍.

      (2)添加玄武巖短纖維可以降低環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)和磨損率,從而提高其耐磨性能.當(dāng)玄武巖短纖維的添加量為6%時,磨損率最小,復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能.

      參考文獻(xiàn):

      [1]黃志雄.熱固性樹脂復(fù)合材料及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:133.

      [2]左光漢,夏蘭舫,焦明華,等.改性環(huán)氧樹脂減摩復(fù)合材料的摩擦學(xué)特性研究[J].固體潤滑,1988,8(4):207-212.

      [3]張金中.炭纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料加80鋼的摩擦學(xué)性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報,2004,24(l):83-87.

      [4]王飄鵬,張偉.玄武巖短纖維的性能與應(yīng)用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用,2002,26(4):17-18.

      [5]余鼎聲.玻璃纖維增強HDPE及其硅烷交聯(lián)改性研究[D].北京:北京化工大學(xué),2006.

      [6]黃金貴,王琪.玻璃纖維增強聚乙烯復(fù)合材料力學(xué)及摩擦性能的研究[J].復(fù)合材料學(xué)報,1997,14(4):20-21.

      猜你喜歡
      短纖維磨損率玄武巖
      Si3N4/PTFE復(fù)合材料轉(zhuǎn)移膜形貌與磨損率定量分析
      結(jié)構(gòu)參數(shù)對水力旋流器壁面磨損的影響研究
      煤炭工程(2024年1期)2024-02-22 11:17:46
      更正
      中國棉花(2022年2期)2022-11-23 20:02:04
      空間組合彎頭氣固兩相流動磨損特性的數(shù)值模擬
      ZrO2/Al2O3短纖維對發(fā)泡陶瓷物理性能的影響
      山東陶瓷(2021年5期)2022-01-17 02:35:44
      P2離合器摩擦片磨損率臺架測試方法
      玄武巖纖維可用于海水淡化領(lǐng)域
      火山作用對板塊構(gòu)造環(huán)境的判別方法
      2019年全球連續(xù)玄武巖纖維市場產(chǎn)值將達(dá)1.047億美元
      短纖維補強氯丁橡膠的性能研究
      黑河市| 商丘市| 襄汾县| 恩施市| 同德县| 金昌市| 香格里拉县| 榆树市| 襄汾县| 宁陵县| 丹巴县| 淅川县| 怀来县| 榆树市| 金沙县| 女性| 健康| 浦城县| 吉水县| 丘北县| 平遥县| 绍兴市| 南通市| 滦平县| 安陆市| 雅江县| 磐石市| 阿荣旗| 沁水县| 山丹县| 平江县| 会昌县| SHOW| 绥德县| 平舆县| 余干县| 五常市| 堆龙德庆县| 宝山区| 元朗区| 通江县|