纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗固體顆粒流沖蝕磨損研究進展
【圖文】：
第46卷第11期于晶晶等：纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗固體顆粒流沖蝕磨損研究進展·31·圖1固體顆粒的沖蝕機制[14]Fig.1Erosionmechanismsofsolidparticle:(a)wearatlowimpactangle,(b)surfacefatigueduringlowspeed,highimpactangleimpact,(c)brittlefractureorplasticdeformationduringmediumspeed,highimpactangleimpact,(d)surfacemeltingathighimpactspeed,(e)macroscopicerosionundersecondaryeffects[14]1無機纖維無機纖維是具有優(yōu)異性能的無機非金屬材料，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、抗拉強度高等優(yōu)點[18,19]。作為補強材料時，無機纖維與環(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械強度高、耐熱性好、抗腐蝕性好等優(yōu)點，但缺點是性脆、耐磨性較差[20]。它們通常用作復(fù)合材料中的增強材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，目前已在生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域使用。玻璃纖維應(yīng)用于聚合物作為補強材料時，具有極高的抗拉強度[21,22]，其中增強環(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°沖擊角下達到最大值，且在0°~180°的范圍內(nèi)沖蝕磨損率呈對稱分布。當纖維的排列方向與磨面平行時，材料的磨損率最高，但耐磨性低；當纖維的排列方向與磨面垂直時，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)量分數(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月強玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的硬度、拉伸強度、彈性模量和密度均降低，導(dǎo)致沖蝕損失率達到較高值，而無硼酸增強的玻璃纖維/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。這是由于當磨粒顆粒沖擊磨損掉表層的基體后將會直接沖擊在玻璃纖維上，0°纖維取向的材料會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兩部分，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玻璃纖維增強環(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，降低了纖維增強環(huán)氧復(fù)合材料的硬度、抗拉強度和密度，當加入2g小麥粉時，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。無小麥粉填料的復(fù)合材料由于粘接強度較低而導(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，對于輔助類填料，有利于提高結(jié)合力，對抗沖蝕性能提升有利，反之，則無明顯改善。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】： 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所中國科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室浙江省海洋材料與防護技術(shù)重點實驗室;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)納米學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51775540) 浙江省重點研發(fā)計劃(2015C01SA790002) 中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA13040601) 寧波市自然科學(xué)基金(2017A610049)~~
【分類號】：TB332;TQ327
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