海岛结构环氧树脂材料的抗冲磨试验研究

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1、水利学报年月第卷第期文章编号海岛结构环氧树脂材料的抗冲磨试验研究买淑芳方文时杨伟才李敬玮中国水利水电科学研究院结构材料研究所北京摘要本文首先分析了海岛结构环氧材料的增韧抗冲磨机理通过断裂韧性抗冲磨性能及强化开裂试验得出与环氧固化剂体系相比加入增韧剂后制成的海岛结构环氧树脂其断裂韧性提高约倍抗高速含砂水流冲磨强度提高在强化开裂试验中的抗裂性能也显著提高其中增韧剂为环氧树脂的时效果最佳文中还给出了各种配方的海岛结构环氧材料的扫描电子显微照片从中可观测到微观形貌的变化看到粒径为的海岛结构试验结果证明具有海岛结构的环氧树脂材料可用于水工建筑物表面抗含砂水流冲磨破坏和低温环境防

2、裂环氧砂浆涂层极具实用价值关键词多相多组分海岛结构环氧树脂砂浆断裂韧性抗冲刷磨损高速水流水工建筑物中图分类号文献标识码水工建筑物抗冲磨破坏的研究包括冲磨破坏机理抗冲磨防护措施防护材料的研究及对破坏的评估与修补准则等其已进行了大量工作很多文章见于报导从世纪年代开始国内已将环氧树脂呋喃树脂丙烯酸酯树脂不饱和聚酯树脂砂浆等用于水工建筑物抗含砂水流的冲磨破坏其中以环氧砂浆效果较好用得较多世纪年代初新安江电站坝后式电厂的溢流厂房顶即采用环氧砂浆涂层弥补混凝土结构表面平整度差的问题以预防冲磨和气蚀破坏三门峡刘家峡及葛洲坝等大型水利枢纽的泄水建筑物亦采用环氧砂浆或树脂砂浆镶嵌铸石板

3、钢轨等修补冲磨破坏的混凝土但是实践表明在流速大于的含砂水流作用下环氧树脂砂浆等屡遭破坏目前人们已逐渐认识到解决抗冲磨问题不能一味追求高强度而应提高材料的韧性和耐高低温的能力并提高其与基底混凝土的黏接力采用多相多组分高分子合金技术制成具有海岛结构的韧性环氧材料将其用于水工建筑物作为混凝土表面防护或修补材料是很有实用价值的本文将对海岛结构环氧材料进行系列试验研究以确定最佳的应用配方海岛结构环氧材料的增韧和抗冲磨机理以往环氧树脂的改性多是把具有柔性分子链的树脂或液态橡胶等添加到环氧材料把有活性端基的改性剂或有柔性分子链的固化剂加入环氧固化剂体系使环氧交联网络形成均相体系环氧

4、材料的脆性降低但不可避免地损失刚性和耐热性这只是增柔不是增韧增韧则不同它不使材料整体柔化形成均相固化体系而是将环氧树脂固化物变成一个多相体系即形成海岛结构海岛结构环氧材料是将特制的有多种活性基团的高分子增韧剂加入环氧树脂和固化剂体系中互相混溶形成均相在固化过程中增韧剂析出形成球形颗粒在环氧树脂交联网络构成的连续相中成为分散相粒径通常在几微米以下一旦形成海岛结构材料的断裂韧性大幅度提高抗裂性耐高收稿日期基金项目国家电力公司科学技术研究项目高速水流下新型高抗冲磨材料的开发研究及应用作者简介买淑芳女北京人教授级高级工程师主要从事工程应用高分子材料研究低温性能及老化性能均有明

5、显提高国内外许多专家学者对形成海岛结构会使材料的断裂韧性发生突变的研究表明海岛结构中的分散颗粒是模量较低的弹性体时其主要作用是诱发环氧树脂基体发生屈服和塑性变形从而大幅度提高断裂韧性没有海岛结构存在就无法发挥环氧树脂基体形变耗能的潜力另外增韧剂颗粒自己发生形变撕裂对韧性也有贡献在树脂交联密度很高不易发生形变时占主导地位环氧树脂胺类固化体系属于蕴藏耗能潜力较大的交联网络只要能制造出恰当分子组成能在环氧树脂中形成海岛结构的增韧剂韧性就能提高扫描电镜照片观察到增韧剂颗粒被不同程度拉长环氧基体有明显的屈服和塑性变形固化物平均网链长度越大这种现象越明显以丁腈橡胶为分散相环氧树脂

6、为连续相的多相态结构受力情况下颗粒能使环氧网络发生局部剪切屈服形变诱发银纹和剪切带银纹和剪切带的产生吸收大量能量同时剪切带还能钝化终止银纹避免发展成为破坏性裂纹使得固化物韧性改善孙以实认为弹性体增韧环氧树脂的增韧机理不仅仅是增韧剂颗粒本身在材料开裂过程耗能更重要的是海岛结构起到了调动环氧树脂分子网络发生取向拉伸变形空洞化及产生微裂纹等许多耗能过程从而使材料的断裂韧性增大所以当受到高速含砂水流冲刷时在冲击摩擦和切削力的综合作用下一方面增韧剂的颗粒本身在材料开裂过程耗能另一方面海岛结构调动了环氧树脂分子网络发生取向拉伸变形空洞化及产生微裂纹等许多耗能过程避免材料的破坏从而

7、提高了材料的抗冲磨性能海岛结构环氧材料的性能研究断裂韧性试验按照用平行边开槽试件测量环氧树脂的断裂能和断裂韧性的方法进行环氧材料断裂韧性的测定以普通环氧砂浆为基本配方研制适用的增韧剂通过在中掺加不同比例的增韧剂使其与环氧树脂固化剂等混合均匀而制备不同含量的试件其编号为即海岛结构环氧材料从测试断裂韧性开始进行一系列性能对比试验以期通过形成海岛结构提高环氧材料的断裂韧性和抗裂性能从而提高抗高速含砂水流的冲磨性能断裂韧性和弹性模量的试件尺寸及成型方法见文献弹性模量和断裂韧性测试结果见表表试件配方尺寸及弹性模量断裂韧性测试结果试件编号掺量改性剂试件宽度?试件