环氧树脂减摩耐磨复合材料涂层结构和性能

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1、摘要环氧树脂减摩耐磨复合材料涂层的结构与性能专业：材料物理与化学硕士生：邢东明指导教师：章明秋教授容敏智教授本论文以提高环氧树脂涂层的耐磨性为目标，以改性的纳米Si02粒子、短碳纤维和石墨为填料，研究了不同填料对涂层耐磨性的影响，同时对复合材料的其它性能如弯曲性能、动态力学性能以及涂层的硬度和粗糙度进行了分析，对其摩擦磨损机理进行了初步探讨。为了改善纳米粒子在环氧树脂基体中的分散性，提高无机粒子与基体的界面结合力，选择马来酸酐和苯乙烯单体在粒子表面进行接校改性。在固化裁2-乙基4．甲基咪唑的催化作用下，粒子表面的酸酐基团能与环氧基团进行反应，增强粒子与基体之间的界面粘结。本论文系统研究了各种

2、聚合条件(引发剂浓度、单体加入量的比例、反应温度以及溶剂极性)对接枝效果的影响，认为体系中马来酸酐、苯乙烯接枝到粒子表面的反应与它们共聚的反应是一对竞争反应，环己酮极性溶剂可能主要分布在si02．KH570粒子周围，马来酸酐易溶于环己酮中，所以更容易分布在粒子周围，影响马来酸酐和苯乙烯在粒子表面的接枝。改性粒子与环氧树脂在固化条件下基本不发生反应，而固化剂2．乙基．4．甲基睬唑使得改性粒子上的酸酐开环生成羧酸；固化动力学分析表明：纳米粒子表面的羟基对环氧树脂的固化起促进作用；与未改性的粒子相比，填充Si02．SMA粒子的固化体系的粘度较低，所以固化起始温度较低，但反应活化能较高。涂层的摩擦磨

3、损性能研究表明，在环氧树脂中加入纳米Si02粒子后，粒子中山大学硕士学位论文的存在抑制了裂纹的发展，减弱了材料的破坏；由于si02粒子或烷基化处理的Si02粒子在基体中的分散性以及界面作用较差。所以含量提高时，耐磨性变差；Si02．SMA粒子填充体系摩擦过程中，在表面形成片层结构，有效降低了材料的磨损量。增加Si02．SMA粒子的填充量，复合体系磨损量变化较小；在填充Si02．SMA粒子的体系中加入短碳纤维后，环氧树脂耐磨性得到进一步提高，这是由于涂层中横向排布的碳纤维的增强以及润滑作用，降低了砂轮对涂层的碾压和刮擦，纤维附近的片层结构不完整不利于耐磨性的提高；石墨的加入有利于片层结构的形成

4、，所以进一步提高了耐磨性；但是二者的量都不能太高，碳纤维过高时，在涂层中的堆叠分布增加了材料的破坏，而石墨与基体的界面结合力较弱也对耐磨性产生不利影响；复合材料高的弯随模量和良好的界面作用有利于提高涂层的耐磨性，此外，耐磨性还与摩擦过程中片层结构的形成有关；涂层的摆式硬度与耐磨性之间并没有明显的联系；显微硬度较低时，涂层的耐磨性较好，可能是由于硬度低时有利于摩擦过程中片层结构的形成。关键词：纳米Si02，表面改性，环氧树脂复合材料，耐磨涂料¨ABSTRACTStructureandpropertiesofwearresistantepoxycompositescoatingMajor：Mat

5、erialPhysicsandChemistryName：DongMingXingSupervisor：Prof．MingQinZhangProf．MiIlZhiR0ngForimprovingweal"resistanceofepoxycoating，modifiedSi02nanoparticles，shortcarbonfiberandgraphiteweremixedwithepoxytoproduceepoxycomposites．Effectsofthefillersonweal"resistanceofthecompositeswerestudicd．Moreover,othe

6、rproperties,such雒flexuralproperties，dynamicmechanicalproperties，hardnessandroughnessofthecompositeswerealsoinvestigated．Onthebasisoftheseworks，frictionandWeal"mechanismswerediscussedaccordingly．Towelldispersethenanoparticlesinepoxyandtoenhancetheinterracialbondingwiththematrix,maleieanhydrideandsty

7、reneweregraftedontotheparticles’surface．憾isbecausetheanhydridegroupisabletoreactwithepoxybythecatalysisof2一ethyl·4-methylimidazole．whichwouldimprovetheinterfacialadhesionbetweenthegraftednanoparticlesandmat