树脂复合材料滑动摩擦磨损试验研究现状M

1.树脂基复合材料的摩擦学研究现状

1.1环氧树脂简介及其发展

环氧树脂(通称为环氧基树脂)是一种环氧低聚物(epoxyolygomer,当与固化剂(硬化剂)反应便可形成三维网状的热固性塑料。环氧树脂通常是在液态下使用,经常温或加热进行固化,达到最终的使用目的;液态环氧树脂具有在固化反应过程中收缩率小,其固化物的粘接性、耐热性、耐化学药品性以及机械性能和电气性能优良的特点,是热固性树脂中应用量较大的一个品种。常用的环氧树脂是由双酚A(DPP)与环氧氯丙烷(ECH)反应制造的双酚一二缩水甘油醚(DGEBA。目前实际使用的环氧树脂80%以上属于这种环氧树脂,其通式为:

在这种环氧树脂组成中,各单元的机能是:两末端的环氧基具有反应活性;双酚A骨架提供强韧性和耐热性;亚甲基链赋予柔软性;酸键赋予耐化学药品性;轻基赋予反应性和粘接性。

环氧树脂固化物的诸性能因固化反应过程中进一步形成交联而提高。即使环氧树脂和固化剂体系相同,若采用的固化条件不同,那么交联密度也会不同,所得固化物的性能也不相同。DGEBA树脂有很多分子量不同的品级,这些品级根据其性能而有各自的用途。液态双酚A型环氧树脂主要用在涂料、土木、建筑、胶粘剂、玻璃钢(FRP)和电气绝缘等领域的浇铸、浸渍方面。固态树脂主要用于涂料和电气领域。

由于具有优良的机械、电气、化学、粘接等性能,环氧树脂被广泛应用于粘合剂、涂料、复合材料等方面。但是环氧树脂最大的缺点是固化后质脆、耐冲击性能、耐候性和韧性较差(除部分特殊品种外)。因此提高断裂韧性同时保持其它良好性能一直是环氧树脂应用研究的一个重点。国内外的研究工作者在这个领域作了大量的工作。环氧树脂的性能取决于固化剂的类型和用量,这是由于固化剂种类的不同,导致其固化体系交联网的分子量、形态和化学稳定性的不同。一般可以通过对环氧低聚物和固化剂的选择,或采用合适的改性方法在一定程度上加以克服和改进。

1.2环氧树脂的增韧

许多学者对环氧树脂的增韧进行了大量的研究。在现有的改性方法中,主要有热塑性树脂、液晶聚合物、氰酸树脂、聚氨酷、橡胶改性。这些增韧方法都可以使环氧树脂改性产物达到较好的增韧效果,有的还可以保持较好的力学性能,或在其它方面使树脂的性能有所提高,如粘结性、耐热性、加工性等。但是这些方法都或多或少地存在一些缺点,如成本提高、不易加工操作、经济实用性差等。采用高分子性体改性环氧树脂一直以来被认为是一种很有效的增韧方法,且易于操作,效果明显。

Sultan等首先发现分散的橡胶相可以增韧环氧树脂。橡胶增韧环氧树脂通常通过机械混合液态的橡胶和液态的环氧树脂,以便形成均相溶液。当这个溶液固化时,橡胶粒子作为第二相分散在材料中。可以观察到,通过加入少量的橡胶,树脂的韧性大大提高,有时甚至提高一个数量级。橡胶粒子物理增韧方法是通过增韧剂和环氧树脂达到了物理相容从而对体系进行了增韧,反应性橡胶增韧则是通过液体橡胶中含有的氨基或者轻基和环氧树脂中的环氧基发生了反应达到反应性相容,进而达到增韧的目的。较常用的橡胶增韧剂为带有活性基团的液体丁睛橡胶如端竣基丁睛橡胶(CTBN、端轻基丁睛橡胶(HTBN和端氨基丁睛橡胶(ATBN。这些橡胶中含有的端官能反应基团,可以和环氧树脂发生预反应,更好地与环氧树脂相容在一起。这种化学相分离过程产生的相态变化和机械性能在很多文献中都有报道。其中橡胶粒子的粒径大小f、数量、分布状态[f、相结构、端基官能团等对整个固化体的强韧性影响很大。周红卫等研究了橡胶颗粒和均相增韧环氧树脂复合材料的力学性能,并采用扫描电镜观察了冲击断面形貌,发现橡胶颗粒的加入提高了环氧基体的剪切变形能力,并且提高了基体的韧性。

顾国芳等对HTBN增韧环氧树脂进行了研究,分析了橡胶加入量及固化温度对环氧力学性能的影响;研究了环氧在不同温度下的固化行为,结合力学性能讨论了固化条件对HTBN增韧环氧的微观形态和韧性的影响,并从动力学和热力学的角度分析了这种影响的原因。

韩孝族等对HTBN改性环氧树脂进行了系统深入的研究,探讨了HTBN增韧环氧树脂的力学性能和形态结构,发现HTBN的用量、HTBN中丙烯睛的含量、固化条件对所形成的HTBN橡胶颗粒的尺寸有较大的影响,并进一步影响HTBN改性环氧体系的固化性能。

目前,对于橡胶颗粒相的增韧机理,大家都认可由Bas


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