高溫固化環(huán)氧-碳織物增強(qiáng)復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、重載摩擦副是成形裝備的關(guān)鍵部件之一，其性能在很大程度上影響設(shè)備的使用壽命和傳動(dòng)效率。近年來(lái)，摩擦副材料不斷向高效節(jié)能、低碳環(huán)保的方向發(fā)展，鋼背襯聚合物/碳纖維復(fù)合材料以比強(qiáng)度高、易于成型、污染少等優(yōu)點(diǎn)，日益成為新型重載摩擦副材料的重要發(fā)展方向之一。
　　室溫固化的環(huán)氧樹脂配膠后儲(chǔ)存期短、粘度大，膠液的浸潤(rùn)性較差，從而削弱了纖維與基體的界面結(jié)合強(qiáng)度。本文以聚合物基體為出發(fā)點(diǎn)，研究高溫固化劑4-4'二氨基二苯甲烷(DDM)與環(huán)氧樹脂E

2、51的固化工藝，并添加端羧基液態(tài)丁腈橡膠(CTBN)對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，探討CTBN含量對(duì)樹脂固化物力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:4-4'二氨基二苯甲烷與環(huán)氧樹脂E51的固化臺(tái)階為100℃/2h+160℃/2h，按此條件固化，測(cè)得樹脂基體性能:拉伸強(qiáng)度為88.7MPa，壓縮強(qiáng)度為106.3MPa、彎曲強(qiáng)度為109.4MPa、粘接強(qiáng)度為12.45MPa、沖擊強(qiáng)度為36.2KJ/m2。同時(shí)，添加20phr CTBN時(shí)固化物沖擊強(qiáng)度顯著增加，最高

3、達(dá)到84.2KJ/m2，但壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有所降低。SEM觀察到固化產(chǎn)物中有橡膠相析出并形成“海島結(jié)構(gòu)”，受外力作用時(shí)，這些孔洞可誘導(dǎo)產(chǎn)生屈服和塑性變形，從而達(dá)到增韌的目的。
　　為去除碳纖維原絲表面的上漿劑，增加纖維表面活性，分別采用丙酮浸泡、超聲波清洗、氣相高溫處理等方法對(duì)碳纖維表面形貌、質(zhì)量損失率、比表面積等進(jìn)行對(duì)比研究，丙酮浸泡5day后纖維質(zhì)量損失僅為2.98％，超聲波清洗150min后纖維質(zhì)量損失達(dá)5.25％，N2保

4、護(hù)下1000℃高溫處理60min后，纖維的比表面積由12.05m2/g增加到18.43m2/g，此時(shí)，SEM下纖維表面產(chǎn)生明顯溝槽，去除程度最為徹底。
　　真空處理可促進(jìn)小分子氣體排出，有利于膠體向碳纖維絲束中進(jìn)一步滲透，提高樹脂與纖維的粘結(jié)性，本文分別探討了真空處理對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能和含膠量的影響，結(jié)果表明:纖維涂膠后在-101KPa壓力下真空處理1h，制備的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為563.6MPa，壓縮強(qiáng)度為512.5MPa，分別

5、提高18.9％、25.9％。熱硫酸法分別測(cè)得未經(jīng)處理和真空處理后的復(fù)合材料中樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.09％和35.5％，SEM觀察到真空處理后的CFRP中纖維受力均勻，斷口平齊。
　　碳纖維層壓板復(fù)合材料常因界面結(jié)合強(qiáng)度不足發(fā)生層間剪切破壞，針織物復(fù)合材料可從根本上避免此缺點(diǎn)。本文中采用手工編織法制備碳纖針織物，通過(guò)改變織物的線圈半徑和線數(shù)對(duì)針織物性能進(jìn)行研究，隨線圈半徑減小，線數(shù)增多，織物孔隙率降低，厚度不斷增加。線圈半徑1.5

6、mm時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為120.7Mpa，沖擊強(qiáng)度為65.2KJ/m2。添加20％短切纖維后，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別提高26.4％和38.2％，觀察拉伸斷口SEM形貌，短切纖維主要分布在膠體中，并對(duì)基體性能起到強(qiáng)化作用。
　　復(fù)合材料中膠體∶潤(rùn)滑成分=8∶2時(shí)，研究了不同載荷、轉(zhuǎn)速條件對(duì)摩擦性能的影響，結(jié)果表明:復(fù)合材料滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ隨載荷增加先減小后增大，隨轉(zhuǎn)速增大不斷減小并趨于穩(wěn)定。低載時(shí)材料表面膠層與對(duì)偶件之間產(chǎn)生磨粒磨

7、損，摩擦系數(shù)較大;重載時(shí)主要表現(xiàn)為粘著磨損，磨碎纖維和潤(rùn)滑成分粘附在對(duì)偶工件表面，起到一定潤(rùn)滑作用，摩擦系數(shù)下降為0.08。轉(zhuǎn)速由150r/min增加到650r/min，碳纖維磨損量不斷增加，磨屑潤(rùn)滑作用增強(qiáng)，摩擦系數(shù)下降14％。分別以AG-80、E51為基體制備碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，探討重載低速時(shí)樹脂耐溫性對(duì)摩擦學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明:摩擦溫升導(dǎo)致聚合物分子鏈斷裂并造成松弛現(xiàn)象，磨損量因此增加，耐溫200℃左右的AG-80基復(fù)合材料