改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料制备及其性能研究

摘要

在各类的磨损形式中,冲蚀磨损是较为常见的磨损形式之一,广泛的存在于现代化工业生产中。随着工业生产设备的大型化,冲蚀磨损造成材料的磨损增大,设备的维修费用增加,所造成的经济损失相当严重。因此,开发新的材料以及研究材料的冲蚀磨损过程和机理,对于材料的选用,提高冲蚀磨损工况下工件的使用寿命具有重要的意义。本文通过聚氨酯(PU)改性酚醛树脂,制备了改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料,考察了改性酚醛树脂的剪切强度和拉伸强度,采用红外光谱分析了PU改性酚醛树脂的机理；测试了复合材料的硬度、弯曲强度及冲蚀磨损性能。通过对该复合材料冲蚀磨损形貌SEM的观察,分析并讨论了聚氨酯改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料的冲蚀磨损机理。研究结果表明：偶联剂的加入能提高酚醛树脂的剪切强度和拉伸强度。当偶联剂KH-550的加入量为5wt％时,酚醛树脂的剪切强度和拉伸强度都达到了最好值,剪切强度达到11.38 MPa,拉伸强度达到了6.78 MPa。一定量PU的加入,能够显著地提高酚醛树脂的剪切强度和拉伸强度。当苯磺酰氯加入量为11wt%,PU加入量为10wt%时,改性酚醛树脂的拉伸强度达到最大值11.1Mpa,剪切强度达到最大值15.8 MPa。同时,改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料的三点弯曲强度达到最大值44.9 MPa。改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料的磨损量在90°冲蚀角处最大,在30°和60°处较小；而Q235钢在45°时的冲蚀磨损量最大,在30。和90°时较小。改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料的相对耐磨性能在45°时最好,达到1.06,然后随着冲蚀角度的增加而降低。PU的加入显著提高了复合材料的冲蚀磨损性能,整体的冲蚀磨损率低于未改性酚醛树脂复合材料的冲蚀磨损率。在PU加入量为10wt%时,改性酚醛树脂复合材料的耐冲蚀磨损性能最好,冲蚀磨损率最低,达到0.2733mg/min。当改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料在SiC颗粒大小及浆料中石英砂粒子粒度相同的情况下,随复合材料中SiC颗粒加入量的增大,其冲蚀磨损量先减小后增大,在SiC颗粒加入量为61wt%时达到最小值。改性酚醛树脂粘结SiC颗粒复合材料冲蚀磨损率随着SiC颗粒尺寸的减小而增大。在SiC颗粒尺寸为30目时磨损率最小,相对耐磨性达到最大值1.75,在SiC颗粒尺寸为150目时冲蚀磨损率最大。

目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 选题背景

1.2 酚醛树脂研究现状

1.2.1 增韧现状

1.2.2 聚氨酯作为热固性树脂增韧剂的研究

1.3 高分子复合材料

1.3.1 高分子基体

1.3.2 填充材料

1.3.3 偶联剂

1.4 冲蚀磨损研究现状

1.4.1 冲蚀磨损理论研究现状

1.4.2 冲蚀磨损影响因素

1.4.3 冲蚀磨损特点

1.4.4 冲蚀磨损规律

1.5 高分子复合材料冲蚀磨损现状

1.6 课题研究目的及内容

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

2 试样制备及试验方法

2.1 实验原料及设备

2.1.1 试验原料

2.1.2 试验设备

2.2 试样的制备

2.2.1 聚氨酯增韧机理

2.2.2 酚醛固化机理

2.2.3 改性酚醛树脂制备方案

2.2.4 改性酚醛树脂制备过程

2.2.5 复合材料的制备

2.3 试验方法

2.3.1 改性酚醛树脂固化物剪切强度试验

2.3.2 改性酚醛树脂固化物抗拉强度试验

2.3.3 复合材料硬度测试

2.3.4 复合材料弯曲强度测试

2.3.5 复合材料冲蚀磨损性能测试

3 测试分析

3.1 红外光谱分析

3.2 改性酚醛树脂的力学性能

3.2.1 不同固化促进剂

3.2.2 不同PU加入量

3.2.3 不同偶联剂加入量

3.3 复合材料的力学性能

3.3.1 硬度

3.3.2 弯曲强度

3.4 本章小结

4 复合材料冲蚀磨损性能

4.1 冲蚀角度对复合材料冲蚀磨损性能影响

4.1.1 冲蚀磨损实验结果

4.1.2 试验结果分析与讨论

4.2 聚氨酯加入量对复合材料冲蚀磨损性能影响

4.2.1 冲蚀磨损实验结果

4.2.2 试验结果分析与讨论

4.3 SiC颗粒加入量对复合材料冲蚀磨损性能影响

4.3.1 冲蚀磨损实验结果

4.3.2 试验结果分析与讨论

4.4 SiC颗粒粒度对复合材料冲蚀磨损性能影响

4.4.1 冲蚀磨损实验结果

4.4.2 试验结果分析与讨论

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献