玄武岩纤维/有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的制备与性能研究

摘要

纤维增强高分子（FRP）复合材料在恶劣环境下的耐久性能是影响其作为结构材料在土木工程领域推广与应用的重要因素之一。土木工程FRP复合材料的耐久性能在很大程度上取决于水分子的扩散速率与吸收量。基于此，本文通过高速搅拌等手段，将有机蒙脱土与环氧树脂在纳米尺度上共混，以期改善树脂基体及其FRP复合材料的力学性能，降低水分子的扩散速率。本文采用了来源广泛、价格较为低廉、性能均衡的国生玄武岩纤维作为FRP的增强纤维。本文的主要研究内容和结果如下：
　　1，运用高速机械搅拌和超声波分散的方法，制备了有机蒙脱土/环氧树脂插层型纳米复合材料。
　　2，对不同含量有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的力学性能、热性能进行了系统研究、测试。结果表明，有机蒙脱土含量在1％～3%时，环氧树脂纳米复合材料的力学强度与模量达到最大值；随着有机蒙脱土含量的增加（1～5%），其玻璃化温度随之下降。有机蒙脱土改善了环氧树脂复合材料的阻隔性能，水分子的扩散速率明显下降。
　　3，利用湿法叠层工艺制备了玄武岩纤维增强有机蒙脱土改性的环氧树脂基FRP复合材料，并对FRP纳米复合材料的力学性能、热性能等进行了系统研究。结果表明，有机蒙脱土改性树脂基体，可以大幅度改善BFRP的力学性能及其耐久性能，但玻璃化温度略有下降。
　　4，研究了玄武岩纤维增强有机蒙脱土改性环氧树脂复合材料板的落锤冲击性能，发现添加有机蒙脱土，可以明显提高玄武岩纤维增强 FRP复合材料的冲击性能。最后，用 ANSYS对复合材料板材的冲击过程进行了模拟。

目录

玄武岩纤维/有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的制备与性能研究

STUDY OF PREPARATION AND PERFORMANCES OF BASALT FIBER / ORGANO-MONTMORILLONITE / EPOXY NANOCOMPOSITES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1纳米复合材料的机械性能

1.2.2 纳米复合材料的热性能

1.2.3纳米复合材料的耐久性

1.2.4 纤维增强复合材料的冲击性能

1.3 本文的主要研究内容

第2章 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原材料

2.2.2 测试设备

2.2.3 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的制备方法

2.2.4 测试与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 有机蒙脱土在环氧树脂内的分散

2.3.2 有机蒙脱土含量对环氧树脂体系粘度的影响

2.3.3 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的微观硬度

2.3.4 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的拉伸和弯曲性能

2.3.5 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的玻璃化转变温度

2.3.6 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的动态力学性能

2.3.7 有机蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料的耐久性能

2.4 本章小结

第3章 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原材料

3.2.2 测试设备

3.2.3 有机蒙脱土/ BFRP纳米复合材料的制备

3.2.4 测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 玄武岩纤维增强复合材料的纤维体积含量

3.3.2 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的力学性能

3.3.3 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的玻璃化转变温度

3.3.4 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的微观硬度

3.3.5 有机蒙脱土/BFRP复合材料的耐久性能研究—动态力学性能

3.3.6 有机蒙脱土/BFRP复合材料的耐久性能研究—水吸收与扩散性能

3.3.7 有机蒙脱土/BFRP复合材料的耐久性能研究—拉伸性能

3.3.8 有机蒙脱土/BFRP复合材料的耐久性能研究—微观硬度

3.4 本章小结

第4章 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料板的低速冲击性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1原材料

4.2.2 测试设备

4.2.3 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的制备与冲击测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的冲击力学性能分析

4.3.2 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的冲击破坏模式

4.3.3 有机蒙脱土/BFRP纳米复合材料的仿真分析

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢