自修复技术对复合材料齿轮性能影响的研究

发布时间：2020-09-29 08:12

　　根据自修复微胶囊在聚合物中的修复机理,将其加入到E-玻纤增强的尼龙6复合材料齿轮中,分析研究微胶囊对齿轮的力学性能、振动噪声性能以及使用寿命的影响。通过双螺杆挤出机,用尼龙6、E-玻纤、填料、自修复微胶囊进行造粒,采用注塑工艺,制备出两组E-玻纤增强的尼龙6齿轮用于对比研究。通过模具分析选择模具类型、注射模具结构、模具材料与相关参数,最终确定注射模具的结构,绘制加工图,制造注射模具。对于聚合物粘弹性进行理论分析,通过三种模型的分析,定量的给出聚合物蠕变、松弛、能量变化以及应力-应变的关系,为复合材料齿轮在抗冲击、抗磨损及减振降噪方面的分析提供理论依据。通过三维绘图软件Pro/E,利用其参数化设计功能,完成齿轮的三维建模过程。利用有限元分析软件ANSYS将Pro/E中建立的齿轮及其装配模型导入其中进行有限元受力分析及模态分析。对比分析表明,加入微胶囊后,轮齿的最大应力略有改变,降低比例为0.31%,而各阶固有频率也都稍有下降,下降幅度最大为3.8%。利用LMS Test.Lab振动噪声测试软件,研究了齿轮的模态性能,结果表明加入微胶囊后,齿轮的各阶固有频率略有下降,最大降幅为3.06%,而阻尼比则有所增大;对齿轮表面进行了硬度测试,结果表明加入微胶囊后齿轮的硬度稍有降低,平均降低了3.37%;对齿轮材料试样进行了冲击试验,对比发现,加入微胶囊后材料的缺口抗冲击性能有所降低,平均降低2.88%;对齿轮材料样件进行了摩擦噪声试验,对比发现,加入微胶囊的齿轮材料在各个温度及频率的声压级大部分要低于不加微胶囊的材料,含有微胶囊试样的A计权声压级要比不含微胶囊的低4~5dB。对比研究结果表明,加入少量微胶囊后对于玻纤增强尼龙复合材料的力学性能和振动噪声影响很小;同时,少量自修复微胶囊加入到玻纤增强尼龙材料中有较好的分散性和相容性,可修复齿轮中的疲劳点蚀裂纹等缺陷,利于延长齿轮的寿命和降低成本。因此,复合材料齿轮加入微胶囊具有可行性。
【学位单位】：北京工商大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

胶木齿轮,聚合物基复合材料,齿轮,学者

a b图 1.1 a 胶木齿轮与 b 尼龙齿轮对于聚合物基复合材料齿轮及其材料有很多学者进行了广泛的研究。康凯过制备尼龙 6 齿轮，利用计算机分析及实验研究，提出了对塑料齿轮进行仿真验的方法，通过与金属齿轮的对比，获得尼龙 6 齿轮的性能特点；陈战[5]、贾[6]等分别研究了尼龙材料中加入碳纤维和玻璃纤维后，在拉伸和弯曲性能上有提高；S. Senthilvelan和 R. Gnanamoorthy[7]通过尼龙66齿轮与分别加入玻璃纤纤维的齿轮的对比，获得在拉伸冲击性能、阻尼特性上，两种纤维所引起的性化。.3 自修复微胶囊在聚合物中的修复机理微胶囊技术是一种利用成膜材料将固体、液体或者气体包覆形成微小粒子的,这种技术所形成的胶囊直径在 1~1000μm 之间,通常将成膜材料形成的外层包称为壁材或者囊壁,成膜材料的内部被包覆物质称为芯材或者囊芯。微胶囊是在 1953 年由美国 NCR 公司的 B.K. Green 发明, 并于 1954 年首次被应用在

短玻璃纤维

纤差，易潮，强度比 E 玻纤低，成本低隔热保温玻纤拉伸强度、弹性模量高，高温强度保持率高，耐疲劳性能好火箭发动机玻纤介电常数低，透波性好，密度低电绝缘件，雷玻纤高密度、高模量航空耐热性好，伸长率小高温防热设质轻，刚性好，介电常数低航空及无碱短玻纤切片，长度为 5~8mm，单丝直径为 12~ 0.5%，具有较高的强度、优良的电绝缘性和耐老机酸侵蚀，如图 2.1 所示。短玻纤切片与传统长玻润性、硬度适中、纤维取向易于控制、制品表面等特点。

微胶囊,形态结构

图 2.2 不同微胶囊的形态结构胶囊技术从上世纪 30 年代发展到现在已有 80 年的历史。随着新材料断出现，微胶囊的制备方法不断增多。目前微胶囊制备技术主要分为学法和物理法。化学法主要是利用单体小分子发生聚合反应从而生成将囊芯包覆。物理化学法主要是通过改变物理条件如温度、pH 值，使溶解状态下的成膜材料从溶液中聚集沉降出来将囊芯包覆形成微胶要是利用相关物理原理的方法合成微胶囊。不同的制备方法制得的微大差异，应用在不同的领域。在这三大方法中，物理方法需要较复杂较大，而化学方法和物理化学方法一般通过反应釜即可完成，因而应其中以界面聚合法、原位聚合法、水相分离法和喷雾干燥法应用最广胶囊技术作为自修复复合材料的关键技术，其制备的相关工艺参数是败的关键。在自修复复合材料中所期望的微胶囊模型是当自修复复合纹时，囊壁破裂，囊芯完全释放，即瞬间释放；而为了能够延长自修寿命以及保持其自修复性，又要避免或减少其缓慢释放，所以就需要

【参考文献】