剛玉增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料沖蝕磨損性能的研究.pdf

1、漿體沖蝕的作用機(jī)理非常復(fù)雜，傳統(tǒng)上對(duì)其研究多集中于金屬或陶瓷基復(fù)合材料，由于高分子材料和金屬及無(wú)機(jī)非金屬材料在結(jié)構(gòu)上大相徑庭，所以原有的沖蝕磨損理論不能很好的解釋或模擬聚合物的沖蝕磨損現(xiàn)象。迄今為止的研究重心多放在沖蝕環(huán)境因素變化對(duì)靶材沖蝕性能的影響方面，而對(duì)于聚合物基復(fù)合材料自身結(jié)構(gòu)組成對(duì)抗沖蝕性能影響的研究相對(duì)較少。本文以棕剛玉顆粒作增強(qiáng)組分，選用不同的聚合物基體，在提高復(fù)合材料抗沖蝕性能的同時(shí)，使其分別向高抗沖擊性和高耐熱性兩個(gè)方

2、向發(fā)展。 將聚酚氧和棕剛玉砂共混模壓，制備了聚酚氧/剛玉復(fù)合材料，考察了剛玉含量、剛玉粒徑、剛玉級(jí)配關(guān)系對(duì)復(fù)合材料的抗沖蝕性能、抗沖擊性能和熱變形溫度的影響。結(jié)果表明：剛玉含量為83.3％，剛玉粒徑為80<'＃>時(shí)，沖蝕磨損率為1.407×10<'-4>cm/h，優(yōu)于45<'＃>鋼而接近于316L鋼，抗沖擊強(qiáng)度為6.89KJ/m<'2>，但熱變形溫度不高。通過(guò)模型計(jì)算和模擬堆積實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)粗細(xì)粒徑比大于5，粗顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％左右

3、時(shí)，可更有效的填充聚合物基體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示粒徑比80<'＃>：36<'＃>，質(zhì)量比為80：20時(shí)，級(jí)配后的材料沖蝕磨損率最小，為0.911×10<'-4>cm/h，理論預(yù)測(cè)對(duì)提高復(fù)合材料抗沖蝕性能有較好的指導(dǎo)作用。 將甲苯二異氰酸酯和不同分子量的聚氨酯預(yù)聚體鏈段引入聚酚氧中形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，考察了預(yù)聚體分子量和添加量對(duì)聚酚氧拉伸性能的影響，在此基礎(chǔ)上制備了聚酚氧/聚氨酯/剛玉復(fù)合材料，研究了剛玉含量、剛玉粒徑、剛玉級(jí)配對(duì)抗沖蝕性能和

4、沖擊性能的影響。結(jié)果表明：改性聚酚氧的最大拉伸強(qiáng)度隨著預(yù)聚體分子量和添加量的增大先增加后減小，而斷裂伸長(zhǎng)率則隨之一直增加。通過(guò)彈性體沖蝕磨損理論的推導(dǎo)，證明強(qiáng)而韌的基體材料具有更好的抗沖蝕能力。以預(yù)聚體分子量2300，異氰酸酯指數(shù)0.16的改性聚酚氧為基體制備的抗沖蝕復(fù)合材料，級(jí)配后的最大沖蝕磨損率為0.441×10<'-4>cm/h，抗沖蝕性能為45<'＃>鋼的4倍，高填充比例下(85.3％)，沖擊強(qiáng)度仍達(dá)到23.72 KJ/m<'2

5、>。 以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，研究了不同固化體系的剛玉增強(qiáng)環(huán)氧類復(fù)合材料的抗沖蝕性能、抗沖擊性能和熱性能，證明環(huán)氧/酚醛固化體系做基體時(shí)具有較好的綜合性能。針對(duì)其韌性不足的特點(diǎn)，以聚酚氧作增韌組分制備了環(huán)氧/酚醛/剛玉復(fù)合材料。結(jié)果顯示：當(dāng)聚酚氧含量為15％時(shí)，能在環(huán)氧/酚醛固化體系中形成半互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此時(shí)沖蝕磨損率比未加入聚酚氧時(shí)降低了36.9％，沖擊強(qiáng)度提高了10.75％。填料級(jí)配后的沖蝕磨損率最低為1.742×10<'-4>

6、cm/h，抗沖擊性能也提高到3.64KJ/m<'2>。偶聯(lián)劑KH-560比KH550的改性效果更好，當(dāng)KH560含量為1％時(shí)，沖蝕磨損率下降了17.4％，沖擊強(qiáng)度提高45.9％，熱變形溫度升高8℃。 將聚酚氧和酚醛樹(shù)脂混合作基體，研究了酚醛樹(shù)脂的種類、聚酚氧/酚醛比例、剛玉級(jí)配、偶聯(lián)劑種類和加入量等工藝條件對(duì)聚酚氧/酚醛/棕剛玉復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果顯示：和加入甲階酚醛相比，采用熱塑性酚醛，特別是高鄰位熱塑性酚醛制備的復(fù)合材料

7、具有很高的熱變形溫度，但是抗沖蝕性能差距較大。聚酚氧：酚醛=1：1，剛玉粒徑級(jí)配為80<'＃>：360<'＃>，80<'＃>含量為80％時(shí)，綜合性能最好，此時(shí)沖蝕磨損率為0.831×10<'-4>cm/h，沖擊強(qiáng)度為1.77 KJ/m<'2>，熱變形溫度為138.1℃。添加KH．550后的增強(qiáng)效果不明顯，KH-560因含有可反應(yīng)的環(huán)氧官能團(tuán)，改性效果明顯，加入量為填料質(zhì)量1％時(shí)，沖蝕磨損率降低了14.3％，沖擊強(qiáng)度提高了53％，熱變形溫

8、度提高了6.7℃。 采用FB型硼酚醛樹(shù)脂代替普通酚醛作固化劑，研究了不同比例硼酚醛/E-44固化產(chǎn)物的熱性能，在此基礎(chǔ)上制備了硼酚醛/E-44/剛玉復(fù)合材料，研究了基體組成、固化工藝、顆粒級(jí)配和偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明：少量的硼酚醛就可以大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性。當(dāng)FB：E-44=2：8時(shí)，采用階段固化工藝的產(chǎn)物熱分解5％時(shí)的溫度超過(guò)360℃，并且分解速率較慢，超過(guò)600℃以后殘留率仍然超過(guò)50％。以此為基體的硼酚醛