發(fā)布時(shí)間：2019-08-07 17:30

【摘要】：在生產(chǎn)生活中,固體顆粒流沖蝕磨損會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失,并且存在安全隱患。環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有較好的強(qiáng)度和耐沖蝕性能,被廣泛地應(yīng)用于顆粒流沖蝕磨損工況下。為進(jìn)一步提升環(huán)氧樹脂的耐沖蝕性能,通常通過填料來改性環(huán)氧樹脂,其中纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂表現(xiàn)出優(yōu)異的耐固體顆粒流沖蝕性能,使得環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用更加廣闊。根據(jù)纖維的種類可以將其分為無(wú)機(jī)纖維(玻璃纖維或碳纖維)、自然纖維及混和纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。綜述了纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗固體顆粒流沖蝕性能的研究現(xiàn)狀,討論了不同的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料表現(xiàn)出的沖蝕行為(塑性、脆性、半塑性、半脆性),重點(diǎn)分析和對(duì)比了不同纖維填料特性(纖維類型、纖維含量、纖維取向)增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在不同工況條件(沖蝕角度、沖蝕速度、磨粒特性)下的耐沖蝕磨損性能,闡明了不同纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的沖蝕模式和抗沖蝕機(jī)理,指出其現(xiàn)存的問題并展望其發(fā)展方向和前景。
【圖文】：

第46卷第11期于晶晶等：纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗固體顆粒流沖蝕磨損研究進(jìn)展·31·圖1固體顆粒的沖蝕機(jī)制[14]Fig.1Erosionmechanismsofsolidparticle:(a)wearatlowimpactangle,(b)surfacefatigueduringlowspeed,highimpactangleimpact,(c)brittlefractureorplasticdeformationduringmediumspeed,highimpactangleimpact,(d)surfacemeltingathighimpactspeed,(e)macroscopicerosionundersecondaryeffects[14]1無(wú)機(jī)纖維無(wú)機(jī)纖維是具有優(yōu)異性能的無(wú)機(jī)非金屬材料，種類繁多。目前應(yīng)用于沖蝕性能研究的主要是玻璃纖維和碳纖維，它們具有耐熱性能較好、不燃、抗腐蝕性好、抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)[18,19]。作為補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí)，無(wú)機(jī)纖維與環(huán)氧樹脂膠粘穩(wěn)定，結(jié)合力較好，易于加工，能增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的剛性和硬度，從而提高環(huán)氧樹脂的抗沖蝕性能。1.1玻璃纖維玻璃纖維具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好、抗腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是性脆、耐磨性較差[20]。它們通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，目前已在生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域使用。玻璃纖維應(yīng)用于聚合物作為補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí)，具有極高的抗拉強(qiáng)度[21,22]，其中增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的抗固體顆粒流沖蝕研究得到眾多學(xué)者的關(guān)注。姜秉元[23]將粒子流噴射到玻璃纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料上，結(jié)果表明：復(fù)合材料的沖蝕磨損率隨粒子沖擊角度的增大呈指數(shù)增加，在90°沖擊角下達(dá)到最大值，且在0°~180°的范圍內(nèi)沖蝕磨損率呈對(duì)稱分布。當(dāng)纖維的排列方向與磨面平行時(shí)，材料的磨損率最高，但耐磨性低；當(dāng)纖維的排列方向與磨面垂直時(shí)，材料的磨損率最低，耐磨性較好。Biswas等[24]將3種不同含量（20%、30%、40%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同）的玻璃纖維以4種取向（15°、30°、45°、60?

·32·表面技術(shù)2017年11月強(qiáng)玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度、彈性模量和密度均降低，導(dǎo)致沖蝕損失率達(dá)到較高值，而無(wú)硼酸增強(qiáng)的玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料由于較好的膠粘力，展現(xiàn)出較低的沖蝕率。如圖2所示，在纖維取向上，45°纖維取向的復(fù)合材料比0°纖維取向的復(fù)合材料具有更好的抗磨損性能。這是由于當(dāng)磨粒顆粒沖擊磨損掉表層的基體后將會(huì)直接沖擊在玻璃纖維上，0°纖維取向的材料會(huì)在纖維上形成較大的彎曲力矩，而45°取向上的分成了法線分量和切線分量?jī)刹糠�，降低了直接作用于纖維的正向力，彎曲力矩較低，從而提高抗沖蝕性能。圖2不同纖維取向復(fù)合材料沖蝕后的形貌圖[26]Fig.2SEMimagesofcompositeswithdifferentfiberorienta-tions:(a)0°(0°/90°);(b)45°(45°/-45°)[26]Srivastava等[28]研究了粒子、撞擊角和粒子速度對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的固體顆粒流沖蝕行為的影響。研究表明，在復(fù)合材料中加入小麥粉填料，降低了纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的硬度、抗拉強(qiáng)度和密度，當(dāng)加入2g小麥粉時(shí)，沖蝕磨損率最低，纖維基質(zhì)的脫模量降低，具有較低的沖蝕率。無(wú)小麥粉填料的復(fù)合材料由于粘接強(qiáng)度較低而導(dǎo)致較高的沖蝕率。在60°的沖擊角下，沖蝕率最大，表現(xiàn)為半塑性沖蝕磨損行為，并且沖蝕由微切削和微犁耕所引起。由以上可得，以玻璃纖維為填料的環(huán)氧復(fù)合材料，，具有較好的抗固體顆粒流沖蝕磨損性能，對(duì)于輔助類填料，有利于提高結(jié)合力，對(duì)抗沖蝕性能提升有利，反之，則無(wú)明顯改善。因此，在玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的應(yīng)用中可以選擇性添加輔助填料來提高性能。1.2碳纖維碳纖維是發(fā)展迅速的一類特種纖維，具有比強(qiáng)度高、耐化學(xué)試劑、比模量高、體積孝耐高溫、耐候性好等特性[29]。其既具
【作者單位】： 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室浙江省海洋材料與防護(hù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)納米學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51775540) 浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2015C01SA790002) 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA13040601) 寧波市自然科學(xué)基金(2017A610049)~~
【分類號(hào)】：TB332;TQ327

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本文編號(hào)：2524087