改性环氧树脂及其复合材料冲蚀磨损性能试验研究

摘要

地处强风沙流环境下的混凝土结构，如混凝土桥梁的墩身、梁体等常年受到风沙流的冲蚀磨损，加之其他病害的联合作用，严重降低混凝土结构的耐久性。因此有必要对处在强风沙流环境下的混凝土结构进行冲蚀磨损防护。
　　环氧树脂是混凝土结构加固和修补的常用材料，自然也是混凝土结构冲蚀磨损防护的首选材料。然而，环氧树脂是一种热固性树脂，固化后交联程度高，脆性和开裂倾向大，因此，有必要对其进行增韧改性。
　　本文分别用沥青、无机纳米粒子、纳米 SiO2/沥青、丁腈及其他一些增韧剂增韧改性环氧树脂，并制备了增韧改性环氧树脂基复合材料。测试了不同增韧方式环氧树脂试样的拉伸强度、冲击韧性、硬度以及冲蚀磨损性能，通过分析对比，选出了不同增韧方式下性能最佳的环氧树脂材料配比，并论证了其作为冲蚀磨损防护材料的可行性。
　　全文所得结论如下：
　　(1)沥青改性环氧树脂。当加入质量分数10％的沥青时，改性环氧树脂材料综合性能最好，拉伸强度为35.0MPa，冲击韧性为1.30 J/cm2，邵氏硬度为76。在不同参数条件下冲蚀，冲蚀率都小于不加沥青或加其他比例沥青的试样。
　　(2)无机纳米粒子改性环氧树脂。当加入质量分数1%的纳米 SiO2时，改性环氧树脂材料综合性能最好，拉伸强度达到了41.0MPa，高于沥青改性环氧树脂，邵氏硬度为79。在相同的冲蚀条件下，冲蚀抗力高于其他试样。纳米Al2O3改性环氧树脂在各个不同力学性能方面都不如纳米SiO2。
　　(3)纳米SiO2/沥青改性环氧树脂。当加入质量分数1%的纳米SiO2和质量分数10%的沥青时，改性环氧树脂材料综合性能最好。拉伸强度达到了41.8 MPa，冲击韧性达到了1.71 J/cm2，均高于单独加入纳米SiO2或单独加入沥青作为增韧剂的情况，并且其抗冲蚀性能也优于它们。
　　(4)丁腈及其它一些增韧剂改性环氧树脂。当加入质量分数10%的丁腈橡胶时，改性环氧树脂材料综合性能最好。拉伸强度达到了38.1 MPa，冲击韧性达到了1.35 J/cm2，邵氏硬度为78，冲蚀抗力高于其他试样；在其它增韧剂中，质量分数为20%的103F和质量分数为20%的P24F增韧剂增韧环氧树脂时，增韧效果最好，抗冲蚀性能也好，而其余一些增韧剂，如邻苯二甲酸二丁酯、糠醛/丙酮、QS-BE或者QS-BC的增韧效果都不理想。
　　(5)沥青和丁腈改性环氧树脂基复合材料。当加入质量分数10%的沥青或加入质量分数20%的丁腈橡胶增韧剂时，环氧树脂基复合材料的抗冲蚀性能最好，并且冲蚀率远远小于不加沥青或丁腈的环氧树脂基复合材料。

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1绪论

1.1研究背景及选题意义

1.2环氧树脂

1.3环氧树脂增韧改性

1.4环氧树脂及其复合材料的冲蚀磨损

1.5本课题的研究内容

2沥青改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能

2.1引言

2.2实验部分

2.3实验结果及讨论

2.4本章小结

3无机纳米粒子改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验结果及讨论

3.4本章小结

4纳米SiO2/沥青改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验结果及讨论

4.4本章小结

5丁腈及其它一些增韧剂改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能

5.1引言

5.2实验部分

5.3丁腈改性环氧树脂实验结果及讨论

5.4其它增韧剂改性环氧树脂实验结果及讨论

5.5改性环氧树脂材料与其它材料冲蚀磨损特性对比

5.6本章小结

6改性环氧树脂基复合材料的冲蚀磨损性能

6.1引言

6.2实验部分

6.3实验结果及讨论

6.4改性环氧树脂基复合材料与其它材料冲蚀磨损特性对比

6.5本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果