發(fā)布時間：2021-02-02 05:44

　　本文研究了一種超聲波透聲復(fù)合材料,以環(huán)氧樹脂作為膠粘材料,添加聲阻抗較小的金屬粉末提高超聲波的透聲性能,添加液體橡膠CTBN增韌改性,添加硫醇類固化及脂肪胺促進劑縮短固化時間,研究出一種具有良好膠粘性、良好韌性、固化時間短、超聲波透過性強的功能性復(fù)合材料。為整治鋼軌病害遺留軌縫造成超聲波斷軌實時監(jiān)測系統(tǒng)傳輸通道被截斷,無法發(fā)揮監(jiān)測功能的問題提供了解決思路。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

采用魚尾板夾接鋼軌及軌縫示意圖

固體介質(zhì)中超聲引導(dǎo)的波被稱為超聲波[7],純的環(huán)氧樹脂固化物雖然具備一定的透聲能力,但超聲波的透過性仍很不理想。2007年,R.Zhang與南加州大學(xué)的K.K.Shung和Q.F.Zhou等合作,在高頻透聲材料的研究方面做了探索性的工作,以小于50 nm氧化鋁粉末顆粒納米材料為主要成分,成功地研制出了高頻醫(yī)用超聲換能器匹配復(fù)合材料[8]。根據(jù)超聲波的透聲特性,聲阻抗是一項重要指標(biāo),聲阻抗代表透聲介質(zhì)對聲波的阻礙作用[9],聲阻抗越小,透聲傳播越好,金屬類較小的聲阻抗值有助于超聲波的透過。2014年,哈爾濱工業(yè)大學(xué)的牛今丹在研究超聲換能器聲匹配涉及方法中研究表明,氧化鋁粉末顆粒粒徑的大小對聲速、聲阻抗的影響很小,但不同的金屬粉末由于聲阻抗的不同對透聲性能有影響[10]。較常見的金屬Al的聲阻抗為1.69×106 kg/(m2·s),Cu的聲阻抗為4.18×106 kg/(m2·s),Fe的聲阻抗為4.50×106 kg/(m2·s),將環(huán)氧樹脂基體中添加上述三種金屬粉末作為透聲改良的主要研究方向。我們通過向環(huán)氧樹脂當(dāng)中添加10 μm金屬粉末Al、Fe、Cu進行對比試驗,通過超聲波換能器將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號進行對比,研究其透聲性,得到如圖2所示的信號強度和金屬粉末比例的關(guān)系。從圖2可以看出,加入金屬粉末明顯地提高了環(huán)氧樹脂的超聲波透過性能,但隨著金屬粉末的增加,金屬粉末引起團聚現(xiàn)象,從而在其表面產(chǎn)生超聲波反射面,金屬粉末含量為20%時,是趨勢反轉(zhuǎn)的拐點。從結(jié)果來看,在添加3種金屬粉末對環(huán)氧樹脂進行改性的實驗結(jié)果中,添加20%Al粉的改性效果最好,因此,將鋁粉作為增加透聲性能的主要原料。但加入金屬粉末的環(huán)氧樹脂均產(chǎn)生發(fā)泡化學(xué)反應(yīng),固化后的材料顯示出極大的脆性,需要進行增韌改性[11]。

鋼軌病害修復(fù)大多在野外作業(yè),且斷軌修復(fù)時間最多不超過50 min,因此,環(huán)氧樹脂的固化時間越短越好,固化溫度越低越好。目前,關(guān)于低溫(低于10 ℃)固化環(huán)氧樹脂的研究主要集中在多元胺類、硫醇類[15-19],也有報道采用二氨基二苯砜、三氟化硼低溫固化的研究,但由于二氨基二苯砜、三氟化硼的固化時間可在百秒內(nèi)完成[20],其可操作性及工藝過程不可行。低溫固化劑關(guān)鍵在于固化劑、促進劑的選擇和改性,保證體系貯存期及其他各項性能的前提下改善其使用工藝性,并將固化溫度降低[21]。因此,我們用多元胺類、硫醇類固化劑在常溫下進行了固化時間的實驗。環(huán)氧樹脂添加不同含量的胺類固化劑(二乙烯三胺DTA)的凝固時間曲線見圖4,環(huán)氧樹脂添加不同含量的硫醇類固化劑(QE-340M)的凝固時間曲線見圖5。圖5 硫醇類固化劑用量對固化時間的影響

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低溫固化環(huán)氧樹脂灌漿材料的性能研究[J]. 曾娟娟,楊元龍,馬哲.  新型建筑材料. 2017(10)
[2]環(huán)氧固化劑及其應(yīng)用與發(fā)展[J]. 鐘輝,黃紅軍,王曉梅,萬紅敬,任水云.  裝備環(huán)境工程. 2016(04)
[3]環(huán)氧樹脂體系功能化研究進展[J]. 阮崢,劉朝輝,鄧智平,成聲月,葉圣天.  裝備環(huán)境工程. 2015(01)
[4]低溫快速固化環(huán)氧樹脂灌漿材料的制備及性能研究[J]. 馬哲,徐宇亮,楊元龍,薛煒,龐浩.  新型建筑材料. 2014(12)
[5]二氨基二苯砜固化環(huán)氧樹脂的促進劑研究[J]. 唐卿珂,梁國正,易強,肖升高,黃琴琴.  印制電路信息. 2014(08)
[6]環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠低溫固化技術(shù)及展望[J]. 劉攀,何明勝.  低溫建筑技術(shù). 2014(03)
[7]環(huán)氧樹脂增韌技術(shù)及其研究進展[J]. 秦旭鋒,蔡建,尹亞閣,卓毅,鄧光明,邢東檜.  包裝工程. 2013(07)
[8]環(huán)氧樹脂低溫快速固化劑的合成及性能研究[J]. 聶錫銘,安運成,王兆增,崔英,常燕.  工程塑料應(yīng)用. 2011(08)
[9]端羧基丁腈橡膠改性環(huán)氧樹脂的研究[J]. 陳青,宮大軍,魏伯榮,柳叢輝.  絕緣材料. 2011(02)
[10]環(huán)氧地坪涂料的研究及應(yīng)用進展[J]. 周盾白,周子鵠,賈德民.  中國涂料. 2007(10)

碩士論文
[1]超聲導(dǎo)波實時斷軌檢測的去噪算法[D]. 周穎.西安理工大學(xué) 2016
[2]基于嵌入式系統(tǒng)的電磁鋼軌探傷數(shù)據(jù)處理研究[D]. 邱祉凱.北京交通大學(xué) 2014
[3]超聲換能器聲匹配層設(shè)計方法及其聲學(xué)特性研究[D]. 牛今丹.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]環(huán)氧樹脂增韌及其阻尼性能的研究[D]. 武淵博.北京化工大學(xué) 2011



本文編號：3014166