纤维增强树脂基复合材料在金属保护上的应用
发布时间：2022-01-13 08:11
本文旨在研究不同纤维增强树脂基复合材料（FRP）在金属保护上的应用,观测分析不同FRP金属保护样和铝合金摩擦副在摩擦后的微观形貌,分析其摩擦磨损机理,并在此基础上使用硅藻壳材料对其进行改性,分析硅藻壳对FRP材料在金属保护应用性能的影响。本实验选用以高性能热固性环氧树脂为树脂基体,碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维及芳纶纤维四种纤维为增强纤维的FRP材料,确定在金属上的铺设和固化工艺,制备出FRP金属保护试样。通过摩速和载荷的变量设计,测量不同试样的摩擦磨损性能,并观察摩擦表面形貌,测量表面成分,得出适用于不同摩擦条件下金属保护的FRP材料。同时使用硅藻壳对FRP材料进行改性并制样,通过设计实验,探究其对不同FRP材料在金属保护上的影响。实验结果表明,纤维种类的不同对FRP金属保护样的摩擦磨损性能影响极大。碳纤维为增强材料时,因为碳材料的多层结构性能,可以有效地在摩擦表面形成固体润滑层,使试样的平均摩擦系数与磨损率都相对较低,适用于要求低摩擦系数的任何稳定摩擦速度与稳定载荷工作环境中的金属保护;玻璃纤维为增强材料时,由于其较高的硬度,所以在承载范围内可以很好地对外力进行传导,所以试样在高载荷...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维的种类
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-应用场景。同时，合成纤维增强聚合物基复合材料表现出低密度，高比强度等优异机械性能。所以在金属磨损保护上，选取化学纤维来增强树脂可以取得更优异的性能[10,11]。图1-1纤维的种类本课题拟在高速，高载荷的极端工况下，采用往复球状摩擦方式，来研究纤维增强树脂基复合材料对金属的保护作用，并使用各种测试以及分析手段对复合材料的摩擦系数，磨擦表面，磨损量等进行研究分析，探究出具用不同纤维的纤维增强树脂基复合材料在金属保护应用上的工作环境，并在此基础上，使用硅藻壳材料对纤维增强树脂基复合材料进行改性，进一步提升复合材料在金属保护上的性能。为实际工业应用提供重要的数据及技术支持，并为各种金属设备及零件保护提供材料选取依据。1.2纤维形态对纤维增强树脂基复合材料耐磨性能的影响在纤维增强树脂基复合材料中，纤维形态对其性能的影响极大，所以需要根据应用场景和性能要求来选取合适的纤维形态。纤维的形态根据其单丝的长度可以分为连续长纤维和短切纤维，同时连续纤维还可以根据其多丝形态进一步划分[12]（见图1-2）。图1-2纤维形态[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-短切纤维的长度一般在5mm-20mm之间（见图1-3），短切纤维增强树脂基复合材料在一定程度上拥有着较好的各向同性，但是它的这种各向同性受到短切纤维取向均匀度的影响，且承载能力较差。而连续长纤维在其形态上又可以细分为在单一取向的连续纤维（见图1-3）与双重取向的编织纤维（见图1-4），在单一取向纤维增强树脂基复合材料中，纤维方向对其性能起到了决定作用，不同方向下其力学性能是不同的，适用于单一方向外力的条件下，而在复杂的力学环境下，单向连续纤维增强树脂基复合材料的性能很难达到理想的要求[13,14]。图1-3短切纤维和连续纤维[13,14]a)短切纤维；b)连续纤维为了使连续纤维增强树脂基复合材料获得如钛和铝一样的各向同性，使得其在所有方向上提供相同的力学性能，可以对连续纤维进行编织形成编织纤维，再与树脂结合成为编织纤维增强树脂基复合材料。连续纤维的编织方式一般为三种：平纹，斜纹和锻纹（见图1-4），斜纹编织纤维增强树脂基复合材料的大部分力学性能都较为优异，但在磨损性能上，其表现不如平纹编织增强树脂基复合材料。因为在磨损过程中，破碎或者粉碎的纤维碎片能否从摩擦接触区转移，极大地影响着材料的磨损性能，平纹编织最为紧密，虽然容易导致最大的纤维损伤，但同时可以极大地阻挡磨屑与纤维碎片的逃逸，故可以导致最低的磨损率[15-17]。图1-4三种编织纤维[15-17]a)平纹；b)斜纹；c)锻纹在纤维增强树脂基复合材料的应用上，主要是从磨损方面来对金属进行保
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢铁耐磨材料研究进展[J]. 魏世忠,徐流杰. 金属学报. 2020(04)
[2]不同制动速度对碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料摩擦性能的影响[J]. 樊凯,卢雪峰,吕凯明,钱坤. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]Friction Characteristics of Impregnated and Non-Impregnated Graphite against Cemented Carbide under Water Lubrication[J]. Gaolong Zhang,Ying Liu,Fei Guo,Xiangfeng Liu,Yuming Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(10)
[4]聚四氟乙烯-玻璃纤维复合材料在海水润滑下的摩擦特性（英文）[J]. 杨全鹏,黄平. 机床与液压. 2016(18)
[5]环氧树脂复合材料的摩擦学性能研究[J]. 牛永平,王勇峰,汪小伟,张军凯,张永振. 工程塑料应用. 2015(06)
[6]异氰酸酯基硅氧烷树脂/硅藻土/PBT复合材料研究[J]. 黄伯芬,白延潮,李枭. 塑料工业. 2014(08)
[7]硅藻土基复合材料的研究现状和发展前景[J]. 宋兵,郑水林,杨涛,石钰. 中国非金属矿工业导刊. 2012(03)
[8]环氧树脂/改性硅藻土复合材料性能实验研究[J]. 商平,李梦,刘美荣. 非金属矿. 2010(05)
[9]风机叶片用玄武岩纤维增强复合材料的摩擦磨损性能[J]. 赵世海,蒋秀明,淮旭国,辛少波,宫志文,耿宝龙,黄斌. 天津工业大学学报. 2008(06)
本文编号：3586049
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维的种类
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-应用场景。同时，合成纤维增强聚合物基复合材料表现出低密度，高比强度等优异机械性能。所以在金属磨损保护上，选取化学纤维来增强树脂可以取得更优异的性能[10,11]。图1-1纤维的种类本课题拟在高速，高载荷的极端工况下，采用往复球状摩擦方式，来研究纤维增强树脂基复合材料对金属的保护作用，并使用各种测试以及分析手段对复合材料的摩擦系数，磨擦表面，磨损量等进行研究分析，探究出具用不同纤维的纤维增强树脂基复合材料在金属保护应用上的工作环境，并在此基础上，使用硅藻壳材料对纤维增强树脂基复合材料进行改性，进一步提升复合材料在金属保护上的性能。为实际工业应用提供重要的数据及技术支持，并为各种金属设备及零件保护提供材料选取依据。1.2纤维形态对纤维增强树脂基复合材料耐磨性能的影响在纤维增强树脂基复合材料中，纤维形态对其性能的影响极大，所以需要根据应用场景和性能要求来选取合适的纤维形态。纤维的形态根据其单丝的长度可以分为连续长纤维和短切纤维，同时连续纤维还可以根据其多丝形态进一步划分[12]（见图1-2）。图1-2纤维形态[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-短切纤维的长度一般在5mm-20mm之间（见图1-3），短切纤维增强树脂基复合材料在一定程度上拥有着较好的各向同性，但是它的这种各向同性受到短切纤维取向均匀度的影响，且承载能力较差。而连续长纤维在其形态上又可以细分为在单一取向的连续纤维（见图1-3）与双重取向的编织纤维（见图1-4），在单一取向纤维增强树脂基复合材料中，纤维方向对其性能起到了决定作用，不同方向下其力学性能是不同的，适用于单一方向外力的条件下，而在复杂的力学环境下，单向连续纤维增强树脂基复合材料的性能很难达到理想的要求[13,14]。图1-3短切纤维和连续纤维[13,14]a)短切纤维；b)连续纤维为了使连续纤维增强树脂基复合材料获得如钛和铝一样的各向同性，使得其在所有方向上提供相同的力学性能，可以对连续纤维进行编织形成编织纤维，再与树脂结合成为编织纤维增强树脂基复合材料。连续纤维的编织方式一般为三种：平纹，斜纹和锻纹（见图1-4），斜纹编织纤维增强树脂基复合材料的大部分力学性能都较为优异，但在磨损性能上，其表现不如平纹编织增强树脂基复合材料。因为在磨损过程中，破碎或者粉碎的纤维碎片能否从摩擦接触区转移，极大地影响着材料的磨损性能，平纹编织最为紧密，虽然容易导致最大的纤维损伤，但同时可以极大地阻挡磨屑与纤维碎片的逃逸，故可以导致最低的磨损率[15-17]。图1-4三种编织纤维[15-17]a)平纹；b)斜纹；c)锻纹在纤维增强树脂基复合材料的应用上，主要是从磨损方面来对金属进行保
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢铁耐磨材料研究进展[J]. 魏世忠,徐流杰. 金属学报. 2020(04)
[2]不同制动速度对碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料摩擦性能的影响[J]. 樊凯,卢雪峰,吕凯明,钱坤. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]Friction Characteristics of Impregnated and Non-Impregnated Graphite against Cemented Carbide under Water Lubrication[J]. Gaolong Zhang,Ying Liu,Fei Guo,Xiangfeng Liu,Yuming Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(10)
[4]聚四氟乙烯-玻璃纤维复合材料在海水润滑下的摩擦特性（英文）[J]. 杨全鹏,黄平. 机床与液压. 2016(18)
[5]环氧树脂复合材料的摩擦学性能研究[J]. 牛永平,王勇峰,汪小伟,张军凯,张永振. 工程塑料应用. 2015(06)
[6]异氰酸酯基硅氧烷树脂/硅藻土/PBT复合材料研究[J]. 黄伯芬,白延潮,李枭. 塑料工业. 2014(08)
[7]硅藻土基复合材料的研究现状和发展前景[J]. 宋兵,郑水林,杨涛,石钰. 中国非金属矿工业导刊. 2012(03)
[8]环氧树脂/改性硅藻土复合材料性能实验研究[J]. 商平,李梦,刘美荣. 非金属矿. 2010(05)
[9]风机叶片用玄武岩纤维增强复合材料的摩擦磨损性能[J]. 赵世海,蒋秀明,淮旭国,辛少波,宫志文,耿宝龙,黄斌. 天津工业大学学报. 2008(06)
本文编号：3586049
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