论文总字数：24608字

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 颗粒增强体影响树脂基复合材料的研究 1

1.2.1氧化铝改性树脂基复合材料的研究现状 1

1.2.2 石墨与二硫化钼改性树脂基复合材料的研究现状 2

1.2.3 凹凸棒土改性树脂基复合材料的研究现状 3

1.3纤维改性树脂基复合材料的研究现状 3

1.4 本论文试验原理 4

1.4.1试验原理 4

1.4.2颗粒增强机制 4

1.4.3纤维增强机制 4

1.5 本论文研究的创新性 4

1.6 本论文研究思路 5

1.7 本论文研究内容 5

第二章 试验方法及材料 6

2.1 试验材料、试剂及设备 6

2.2试验过程 7

2.2.1不同表面活性剂处理的凹凸棒土增强环氧树脂复合材料的制备 7

2.2.2氧化铝颗粒增强环氧树脂复合材料的制备 7

2.2.3石墨与二硫化钼混合粉增强环氧树脂基复合材料的制备 7

2.2.4复合改性增强环氧树脂复合材料的制备 8

2.3测试方法 8

2.3.1测试方法 8

2.3.1.1断裂强度及撕裂韧性测试 8

2.3.1.2试样形貌的测试 8

2.3.1.3试样的摩擦系数及磨损测试 8

2.3.1.4试样抗冲击测试 8

第三章 树脂基复合材料的工艺改性研究 9

3.1 引言 9

3.2 颗粒改性树脂基复合材料的工艺研究 9

3.2.1 不同成分体系的改性研究 9

3.2.2 不同含量比的改性研究 10

3.3纤维改性树脂基复合材料的工艺研究 12

3.4复合改性树脂基复合材料的工艺研究 12

3.5 小结 13

第四章 改性树脂基复合材料的性能研究 14

4.1 引言 14

4.2不同二硫化钼和石墨配比对树脂基复合材料摩擦性能的影响 14

4.3 不同氧化铝含量对树脂基复合材料强度的影响 15

4.4 不同表面活性剂处理的凹凸棒土对树脂基复合材料强度的影响 18

4.5 不同纤维对树脂基复合材料强度的影响 19

4.6复合改性剂对环氧树脂基复合材料力学行为的影响 19

4.6.1复合改性剂对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响 19

4.6.2复合改性剂对环氧树脂基复合材料断裂强度的影响 21

4.6.3复合改性剂对环氧树脂基复合材料抗冲击能力的影响 23

4.7小结 23

第五章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

颗粒/纤维增强树脂基复合材料的研究

傅瑞雪

，China

Abstract: Epoxy resin composites have a simple molding process, affordable and affordable, superior performance, the industry has a broad application prospects, but the current epoxy resin-based composite materials in the actual industrial manufacturing, especially in the advanced aircraft model body manufacturing enhancement Single body, low performance comprehensiveness disadvantages. In order to further improve the overall performance of epoxy-based composite materials, this article adopts the blending method, using alumina powder, graphite powder, molybdenum disulfide, glass fiber, carbon fiber, and attapulgite clay treated with KH550 and CTAB surfactants as epoxy. Reinforced resin, prepared on the E51 epoxy resin particle/fiber reinforced resin composite with both strength, toughness and high structural stability. Through the study of the microstructure, friction and wear properties, fracture strength and impact toughness of epoxy resin matrix composites, the optimized preparation process of reinforced epoxy matrix composites was obtained. The results show that the alumina reinforced and graphite, molybdenum disulfide reinforced epoxy matrix composites have excellent anti-friction and anti-wear performance, but also improve the hardness of the epoxy resin. At the same time, KH550 modified attapulgite and glass fiber reinforced materials have greatly improved the impact resistance of epoxy resin composites.

Keywords: Epoxy resin; Particle reinforcement; Blending; Fiber reinforcement;Friction and wear; Impact resistance

第一章 绪论

1.1前言

环氧树脂是一种在生活中被广泛使用到的一种高分子材料，其优异的工程性能，亲民的

价格获得了很多材料科学家以及材料工程师的注意。作为在某种特性上可以和金属以及其他传统材料相匹敌的新型工程材料，在最近几年发展迅速，在土木建筑，电子电器，航空航天，汽车机械，体育用品甚至是军事领域都有极大的应用。与此同时，对环氧树脂的增强方法以及增强体的选择上也有显著的发展。增强型环氧树脂有工艺简单，价格低廉及环境保有量大等特点，前景广阔。但就目前而言，行业应用上的增强型树脂材料以单一的纤维增韧或者是单一的颗粒增强的形式对环氧树脂进行相关性质的改性。因此，能探究研发一种具有综合性工程性能的环氧树脂基复合材料成为如何增强环氧树脂基复合材料的研究关键。然而，单纯的环氧树脂材料如果是环氧值过高的树脂强度较大，但会较脆；环氧树脂材料中它的环氧值处于中等水平的情况下，在高温和低温环境中强度都较好；随着环氧值的降低，树脂的高温性能随之下降^[1]。强度的大小取决于树脂的交联度，而交联度又由环氧值所决定，且两者的关系呈正相关，所以在强度上有所差异。这也是要用其他增强体来强化环氧树脂所需性能的原因。

在增强体选择方面，有颗粒型和纤维型两个大类。纤维类的以玻璃纤维与碳素纤维为代表，从增强的环氧性能上，纤维类主要的增强的是环氧树脂材料的抗冲击性和韧性。颗粒型的是以氧化铝颗粒，石墨粉，二硫化钼以及凹凸棒土为代表，但是他们所增强相关性能各有不同^[2]。氧化铝颗粒可以显著增强环氧树脂材料的强度，而石墨与二硫化钼可以大大减小环氧树脂的摩擦系数，最后凹凸棒土可以增强环氧树脂的韧性。但是从微观结构上，凹凸棒还属于短纤维的一类。将这些增强体组合在一起，以较长纤维为增强体，其他颗粒短纤维可以起到钉扎作用不光发挥自身所具有的性能以为还能加固环氧树脂结构的稳定性减少应力滑移和断裂。

在国内外研究中，氧化铝被用来增强环氧树脂的强度和硬度。硬度被增加了随之脆性也上升。为了消除脆性，在材料中掺杂由KH550表面活性剂处理过的凹凸棒土增加树脂的韧性。在使用中还要求材料具有低摩擦的性能这就为选择石墨和二硫化钼提供了目的基础。

总的来说，多种增强体联合增强环氧树脂基不仅能保持其增强体带有原有的增强环氧树脂的性能，而且能更好跟发挥各单元的协调整体的性能，具有很大的提升空间和应用前景。因此，颗粒/纤维增强环氧树脂基复合材料综合性能的研究是拓宽该类材料应用的关键，也是社会可持续发展的需要。

1.2 颗粒增强体影响树脂基复合材料的研究

1.2.1氧化铝改性树脂基复合材料的研究现状

氧化铝是一种高硬度，高熔点的氧化物，别称刚玉。熔点可达2054摄氏度，密排六方结构，不溶于水但是易于溶解在强酸和强碱中。由于氧化铝自身的高强度高硬度的性质，现在不少的研究机构和科学家将它看做是一种增强环氧树脂基复合材料的一种重要增强体。

郑伟峰等^[3]使用Avrami法研究了氧化铝在E51/DDS体系中的不同氧化铝添加量对其表观活化能的影响，其中力学测试的手段对试样的力学性能做出了相关测试。以质量分数10%，20%，30%，40%为组分添加单元。该实验指出氧化铝颗粒的添加量和拉伸及弯曲模量成正相关但是拉伸与弯曲强度在实验中试样的表现是先增加后减小，所以存在一个最佳配比。而在微观断裂测试中所研究的所揭示的氧化铝颗粒在强化环氧树脂中的作用表现在于阻止了微裂纹的扩展，消耗了更多的能使基体破裂的能量，从而提高浇筑体试样的力学性能。这些增强体颗粒所起到的作用就是将环氧树脂单纯的脆性断裂转化表现为韧性破坏。

D.Bzaragri等^[4]利用超声分散法将不同掺杂量的氧化铝颗粒分散到环氧树脂中并对其试样进行三点弯曲测试，冲击测试以及相应的摩擦测试。同时从实验的结果可以看出以低值掺杂近环氧树脂基复合材料的氧化铝颗粒可以有效地减小摩擦系数及磨损率。在这些人的实验中他们发现，以1%质量分数掺杂的氧化铝粉末用超声分散的方式可以大大改进其摩擦系数也就是降低其摩擦与此同时试样的磨损率也大大降低，到了3%质量分数时这些相应的机械性能并没有发生改进。由此可见，在掺杂量达到3%质量分数的时候，氧化铝颗粒可能发生了集聚。这些作为填料的氧化铝颗粒在试样受力时吸收了使试样断裂的一部分能量，阻碍了裂纹的进一步发生，在硬度测试的环节，D.Bzaragri等发现从1%质量分数到3%wt这个过程中硬度及刚性有所提升但是超过3%wt后硬度有所下降。其原因就是上述所说的颗粒在集体中集聚。

1.2.2 石墨与二硫化钼改性树脂基复合材料的研究现状

石墨是一种外表为黑色的粉末，且不溶于水拥有很高熔点。在室温下化学性质稳定，由于其层状的结构组成，硬度较低所以大块的石墨易碎也就是说分子层间易滑移。这个性质使它成为多数固体润滑剂的一种选择。石墨的润滑性是由自身鳞片大小决定，往往越大的鳞片能带来越小的摩擦系数。将石墨加入环氧树脂中也是同样的道理。环氧树脂本身作为一种胶体，其粘度较大，只有将石墨粉有效地分散在环氧树脂基体中，以便于表面石墨能有效和磨损面接触利用石墨能降低摩擦系数的自身特有属性来降低强化后的复合材料的摩擦系数。

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