地效飛行器用GF-EP復合材料表界面改性研究.pdf

1、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂(GF/EP)復合材料因其優(yōu)良的機械性能，比如高比強度、高比模量及易于加工性能等，被廣泛地應用于航空航天、汽車、造船、運動裝備等領域。近幾年，GF/EP復合材料在地效飛行器上的應用也越來越來受到人們的關注。
　　本文以地效飛行器上已被廣泛采用的GF/EP復合材料為研究對象，以提高或改善GF/EP復合材料的表界面特性為目標牽引，對其表界面進行了改性研究，并考察了微生物在具有不同浸潤性能的GF/EP復合材料表面的黏

2、附行為。開展的主要研究內(nèi)容及所得結(jié)果如下:
　　利用差示掃描量熱法(DSC)對環(huán)氧樹脂(EP2008)/固化劑(EP2008-S)系統(tǒng)進行了配比優(yōu)化研究，結(jié)合膠液粘度和凝膠時間確定了EP2008/EP2008-S的配比為m(EP2008)/m(EP2008-S)=100∶20。動態(tài)DSC考察了優(yōu)化配比下EP2008/EP2008-S系統(tǒng)的非等溫固化動力學，利用n級反應模型和雙參數(shù)自催化反應模型分別模擬了其機理函數(shù)。結(jié)果顯示:Mál

3、ek法揭示了其自催化的特征，雙參數(shù)自催化反應模型能很好的模擬其固化過程。通過對固化過程中表觀活化能E的分析，得到的固化機理顯示，酚羥基對固化反應具有催化作用。
　　利用手糊方法制備了包含高含量γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)的GF/EP復合材料。結(jié)果表明:5wt％GPTMS的引入提高了復合材料的拉伸強度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、硬度，降低了復合材料的摩擦系數(shù)、磨損量和水的吸附量。這主要是由于5wt％GPTMS的引入，提高了環(huán)

4、氧樹脂基體的交聯(lián)密度，以及玻璃纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面結(jié)合強度。但是，隨著GPTMS含量的提升，環(huán)氧樹脂基體的粘結(jié)能力下降，繼而帶來上述性能的下降。同時，當添加10％和15％的GPTMS時都發(fā)現(xiàn)了脆韌轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，這主要是由于基體樹脂中自由體積的下降。另外，平衡含水量的大小也依賴于基體中極性基團的數(shù)量。
　　利用簡單方法在GF/EP復合材料上制備了具有可控粘附性的超疏水表面。依靠調(diào)節(jié)表面涂層中CaCO3和SiO2的含量，在經(jīng)過噴砂、刻

5、蝕及表面修飾之后得到具有可變形貌的GF/EP復合材料。結(jié)果表明，GF/EP復合材料表面不僅實現(xiàn)了超疏水，而且其表面的粘附能力也實現(xiàn)了可控。如，“顯微鏡頭”表面具有很強的粘附性，它能保持住10μL的水滴，不管是翻轉(zhuǎn)90°還是180°，這類似于“玫瑰花效應”。而對于“碗形”表面，則呈現(xiàn)出極易滾動的“荷葉效應”，且水的滾動角降低至9°左右。同時，粘附功從34.7mN/m下降到7.9mN/m。值得注意的是，“碗形”表面比“顯微鏡頭”表面擁有更好

6、的耐熱及耐摩擦性能。
　　利用噴涂的方法制備了具有可控粘附性能的GF/EP復合材料超疏水表面。噴涂液主要由EP2008、EP2008-S、疏水性納米二氧化硅(HSNPs)和丙酮組成，通過簡單的調(diào)控噴涂液中HSNPs的濃度，得到了粘附行為可調(diào)的GF/EP復合材料超疏水表面。結(jié)果顯示，制備的超疏水表面在不同溶劑中，像水、甲苯、丙酮、四氫呋喃和乙醇中，均能保持良好的穩(wěn)定性。同時，超疏水表面在pH值1～14范圍內(nèi)都保持幾乎不變的靜態(tài)接觸角

7、和滾動角，這說明制備的超疏水表面具有較好的耐酸堿性能。除此之外，樣品在室溫下儲存6個月之后，接觸角并沒有明顯的變化。值得強調(diào)的是，破壞的超疏水表面可以通過二次噴涂的方法實現(xiàn)超疏水特性的再修復。
　　微生物粘附給船舶行業(yè)和工程實施帶來了極大的經(jīng)濟損失和安全隱患。本文針對不同的微生物，對不同浸潤性能材料表面的黏附能力進行了對比考察。結(jié)果表明，不同的微生物對材料表面的黏附能力是不同的。對于綠膿桿菌來說，在親水、疏水和超疏水的GF/EP復