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《兰州交通大学》 2016年
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改性环氧树脂及其复合材料充蚀磨损性能试验研究

龚卓  
【摘要】:地处强风沙流环境下的混凝土结构,如混凝土桥梁的墩身、梁体等常年受到风沙流的冲蚀磨损,加之其他病害的联合作用,严重降低混凝土结构的耐久性。因此有必要对处在强风沙流环境下的混凝土结构进行冲蚀磨损防护。环氧树脂是混凝土结构加固和修补的常用材料,自然也是混凝土结构冲蚀磨损防护的首选材料。然而,环氧树脂是一种热固性树脂,固化后交联程度高,脆性和开裂倾向大,因此,有必要对其进行增韧改性。本文分别用沥青、无机纳米粒子、纳米SiO_2/沥青、丁腈及其他一些增韧剂增韧改性环氧树脂,并制备了增韧改性环氧树脂基复合材料。测试了不同增韧方式环氧树脂试样的拉伸强度、冲击韧性、硬度以及冲蚀磨损性能,通过分析对比,选出了不同增韧方式下性能最佳的环氧树脂材料配比,并论证了其作为冲蚀磨损防护材料的可行性。全文所得结论如下:(1)沥青改性环氧树脂。当加入质量分数10%的沥青时,改性环氧树脂材料综合性能最好,拉伸强度为35.0MPa,冲击韧性为1.30 J/cm~2,邵氏硬度为76。在不同参数条件下冲蚀,冲蚀率都小于不加沥青或加其他比例沥青的试样。(2)无机纳米粒子改性环氧树脂。当加入质量分数1%的纳米SiO_2时,改性环氧树脂材料综合性能最好,拉伸强度达到了41.0MPa,高于沥青改性环氧树脂,邵氏硬度为79。在相同的冲蚀条件下,冲蚀抗力高于其他试样。纳米Al2O3改性环氧树脂在各个不同力学性能方面都不如纳米SiO_2。(3)纳米SiO_2/沥青改性环氧树脂。当加入质量分数1%的纳米SiO_2和质量分数10%的沥青时,改性环氧树脂材料综合性能最好。拉伸强度达到了41.8 MPa,冲击韧性达到了1.71 J/cm~2,均高于单独加入纳米SiO_2或单独加入沥青作为增韧剂的情况,并且其抗冲蚀性能也优于它们。(4)丁腈及其它一些增韧剂改性环氧树脂。当加入质量分数10%的丁腈橡胶时,改性环氧树脂材料综合性能最好。拉伸强度达到了38.1 MPa,冲击韧性达到了1.35 J/cm~2,邵氏硬度为78,冲蚀抗力高于其他试样;在其它增韧剂中,质量分数为20%的103F和质量分数为20%的P24F增韧剂增韧环氧树脂时,增韧效果最好,抗冲蚀性能也好,而其余一些增韧剂,如邻苯二甲酸二丁酯、糠醛/丙酮、QS-BE或者QS-BC的增韧效果都不理想。(5)沥青和丁腈改性环氧树脂基复合材料。当加入质量分数10%的沥青或加入质量分数20%的丁腈橡胶增韧剂时,环氧树脂基复合材料的抗冲蚀性能最好,并且冲蚀率远远小于不加沥青或丁腈的环氧树脂基复合材料。
【关键词】:环氧树脂 冲蚀磨损 沥青 无机粒子 丁腈 复合材料
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ323.5;TB332
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-12
  • 1 绪论12-20
  • 1.1 研究背景及选题意义12-13
  • 1.2 环氧树脂13-14
  • 1.3 环氧树脂增韧改性14-18
  • 1.3.1 橡胶改性环氧树脂15-16
  • 1.3.2 无机纳米粒子改性环氧树脂16
  • 1.3.3 热塑性树脂改性环氧树脂16-17
  • 1.3.4 聚氨酯改性环氧树脂17
  • 1.3.5 固化剂改性环氧树脂17-18
  • 1.4 环氧树脂及其复合材料的冲蚀磨损18-19
  • 1.4.1 环氧树脂的冲蚀磨损18
  • 1.4.2 环氧树脂基复合材料的冲蚀磨损18-19
  • 1.5 本课题的研究内容19-20
  • 2 沥青改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能20-35
  • 2.1 引言20-21
  • 2.2 实验部分21-27
  • 2.2.1 实验原料21
  • 2.2.2 实验设备21-23
  • 2.2.3 实验所用固化剂的选择23-24
  • 2.2.4 实验工艺流程24
  • 2.2.5 实验配方及试样制备24-25
  • 2.2.6 性能测试及形貌表征25-27
  • 2.3 实验结果及讨论27-34
  • 2.3.1 拉伸强度实验结果及讨论27-28
  • 2.3.2 冲击韧性实验结果及讨论28
  • 2.3.3 硬度实验结果及讨论28-29
  • 2.3.4 冲蚀磨损性能实验结果及讨论29-32
  • 2.3.5 微观形貌观察及分析32-34
  • 2.4 本章小结34-35
  • 3 无机纳米粒子改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能35-47
  • 3.1 引言35
  • 3.2 实验部分35-39
  • 3.2.1 实验原料35
  • 3.2.2 实验设备35-36
  • 3.2.3 实验操作及工艺流程36-38
  • 3.2.4 性能测试及形貌表征38-39
  • 3.3 实验结果及讨论39-46
  • 3.3.1 纳米SiO_2表面改性的FT-IR分析39-40
  • 3.3.2 拉伸强度实验结果及讨论40-41
  • 3.3.3 冲击韧性实验结果及讨论41-42
  • 3.3.4 硬度实验结果及讨论42
  • 3.3.5 冲蚀磨损实验结果及讨论42-44
  • 3.3.6 微观形貌观察及分析44-46
  • 3.4 本章小结46-47
  • 4 纳米SiO_2/沥青改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能47-57
  • 4.1 引言47
  • 4.2 实验部分47-49
  • 4.2.1 实验原料47
  • 4.2.2 实验设备47
  • 4.2.3 实验工艺流程47
  • 4.2.4 实验配方及试样制备47-49
  • 4.2.5 性能测试及形貌表征49
  • 4.3 实验结果及讨论49-56
  • 4.3.1 拉伸强度实验结果及讨论49-50
  • 4.3.2 冲击韧性实验结果及讨论50-52
  • 4.3.3 硬度实验结果及讨论52
  • 4.3.4 冲蚀磨损实验结果及讨论52-54
  • 4.3.5 微观形貌观察及分析54-56
  • 4.4 本章小结56-57
  • 5 丁腈及其它一些增韧剂改性环氧树脂及其冲蚀磨损性能57-69
  • 5.1 引言57-58
  • 5.2 实验部分58-61
  • 5.2.1 实验原料58-59
  • 5.2.2 实验设备59
  • 5.2.3 实验工艺流程59
  • 5.2.4 实验配方59-60
  • 5.2.5 试样制备60
  • 5.2.6 性能测试及形貌表征60-61
  • 5.3 丁腈改性环氧树脂实验结果及讨论61-65
  • 5.3.1 拉伸强度实验结果及讨论61
  • 5.3.2 冲击韧性实验结果及讨论61-62
  • 5.3.3 硬度实验结果及讨论62-63
  • 5.3.4 冲蚀磨损性能实验结果及讨论63-64
  • 5.3.5 微观形貌观察及分析64-65
  • 5.4 其它增韧剂改性环氧树脂实验结果及讨论65-67
  • 5.4.1 冲蚀磨损性能实验结果及讨论65-67
  • 5.4.2 微观形貌观察及分析67
  • 5.5 改性环氧树脂材料与其它材料冲蚀磨损特性对比67-68
  • 5.6 本章小结68-69
  • 6 改性环氧树脂基复合材料的冲蚀磨损性能69-77
  • 6.1 引言69
  • 6.2 实验部分69-72
  • 6.2.1 实验原料69
  • 6.2.2 实验设备69-70
  • 6.2.3 实验工艺流程70
  • 6.2.4 实验配方及试样制备70-72
  • 6.2.5 性能测试剂及形貌表征72
  • 6.3 实验结果及讨论72-75
  • 6.3.1 冲蚀磨损性能实验结果及讨论72-74
  • 6.3.2 微观形貌观察及分析74-75
  • 6.4 改性环氧树脂基复合材料与其它材料冲蚀磨损特性对比75-76
  • 6.5 本章小结76-77
  • 结论77-79
  • 致谢79-80
  • 参考文献80-84
  • 攻读学位期间的研究成果84

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