設(shè)計實驗開題報告

1、科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（學(xué)生填表）學(xué)院：藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院）開題2014 年 9 月 5 日課題名稱納米粒子協(xié)同填充碳增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合涂層的及其性能學(xué)生專業(yè)班級包裝 111 班課題類型指導(dǎo)教師講師課題來源生產(chǎn)1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義（1）設(shè)計的依據(jù)：協(xié)同效應(yīng)，納米粒子的形貌，柔性界面層，材料耐磨性能環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料是改性環(huán)氧樹脂一條有效的途徑。在摩擦學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂常用作涂層基體材料，為彌補(bǔ)環(huán)氧樹脂摩擦學(xué)性能上的 ，人們添加多種填料來改善其摩擦磨損性能，從而獲得廣泛應(yīng)用，尤其在環(huán)氧耐磨涂層方面的研究已獲得了很大的發(fā)展。在新一代航空飛行器中， 增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)重量中所占的顯著增大，應(yīng)用

2、部位也更加廣泛，由此對材料韌性的要求也愈加突出。這類復(fù)合材料的層間韌性 、抗沖擊損傷能力較低這一問題，長期以來一直是研究的焦點。當(dāng)前較為廣泛采用的增韌方法是在熱固性樹脂中加入橡膠或熱塑性樹脂，此法可以有效提高樹脂體系的韌性，但增韌成分的引入不僅增加了樹脂體系的化學(xué)復(fù)雜性，還可能引起諸如增韌劑與原樹脂基體的匹配性，工藝條件的改變，以及對樹脂的模量、濕/熱性能會產(chǎn)生影響等問題。且經(jīng)過橡膠或熱塑性樹脂增韌改性后樹脂體系的黏度大增，無法適用于高性能低成本的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料成型用的樹脂傳遞模塑（Res ransfer Molding, RTM）工藝，因為 RTM 工藝的關(guān)鍵之一就是要有低黏度的樹脂。碳

3、是一種碳含量在 90%以上的狀碳材料，集低密度、高強(qiáng)、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、低電阻、高熱導(dǎo)、低熱膨脹、耐輻射等多種優(yōu)異性能于一身。但由于他獨特的絲狀結(jié)構(gòu)，使碳無法單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用。碳主要以復(fù)合材料增強(qiáng)體的形式被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域，其中最為矚目的是碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。該類材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度、模量、耐高溫等一系列優(yōu)異性能。尤其是其輕質(zhì)量使得碳增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成為金屬材料獨一無二的替代品，作為多種主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。（2）設(shè)計的意義1、應(yīng)用上的意義：2、理論上意義在一些 苛刻的摩擦工況條件下, 如航天、冶金等行業(yè), 常規(guī)的潤滑技術(shù)難以勝任, 固體潤滑膜是控制摩擦磨損的最

4、佳選擇。種類繁多的固體潤滑膜形成方法中, 粘涂法不僅工藝簡單, 施工不受溫度、濕度等外界環(huán)境條件限制, 而且能在較低溫度下涂覆于不同的材料上, 避免被涂零件的熱應(yīng)力與變形。因此, 采用粘涂技術(shù)在零件表面 固體潤滑涂層的方法在減摩潤滑方面的應(yīng)用日益廣泛。目前, 粘結(jié)型固體潤滑涂層在航天領(lǐng)域已經(jīng)解決了許多潤滑難題如 人造上的天線驅(qū)動系統(tǒng)、星箭分離機(jī)構(gòu)、 搭載機(jī)械、火箭、飛機(jī)等的高溫發(fā)滑動件、汽缸等的潤滑。典型的還有煉鋼連鑄設(shè)備中滑動水口用滑板的潤滑, 鐵路領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備 的潤滑, 此外, 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸、 油缸等在用件的快速修復(fù),發(fā) 活塞、機(jī)床導(dǎo)軌、軸承、球形萬向節(jié)等滑動摩擦副零件表面均采用潤滑耐磨涂料。

5、據(jù)統(tǒng)計, 市售的各類潤滑耐磨涂料中, 有 95%為樹脂粘結(jié)型, 其中以環(huán)氧樹脂粘結(jié)型應(yīng)用最為廣泛。2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述許多無機(jī)及有機(jī)化合物作為填料可以顯著改善聚合物材料的摩擦磨損性能，其中有關(guān)熱塑性高分子復(fù)合材料的研究比較深入。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，石墨、氧化銅及金屬粉末等作為填料可顯著降低聚四氟乙烯的磨損率；氧化銅、硫化銅等可以改善聚醚醚酮和尼龍的耐磨性能；而鋅、氧化鋅等異能提高尼龍的抗磨能力。2011 年 4 月 29 號 Guo-ming Lin, Guang-you Xie,Guo-xin Sui, Rui在 Hybrid effect of nanoparticles w

6、ith carbon fibers on the mechanical and wear properties of polymer com ites。提出 Polyetheretherketone(PEEK)與碳 復(fù)合材料加固(CFs)和 nano-ZrO2 粒子是由結(jié)合納米粒子通過雙螺桿擠壓成 PEEK / CF 復(fù)合材料。納米粒子的影響在機(jī)械和 PEEK / CF 復(fù)合材料的耐磨性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,摻入 nano-ZrO2 粒子與碳 能有效地提高復(fù)合材料的拉伸性能。復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量增加而增加 nano-ZrO2 內(nèi)容。粒子的增感效應(yīng)更重要的混合增強(qiáng)復(fù)合材料。兩種填料的復(fù)合

7、也顯著提高了復(fù)合材料的耐磨性水條件下特別是在高壓下。Renata Redondo Bonaldi 在2013 年在Characterization of electromagnetic shielding fabrics obtained from carbon nanotube com ite coatings了新型電磁 (EM)面料由 knife-over-roll 涂層和使用的碳納米管(CNT)組合,導(dǎo)電聚合物和金屬納米顆粒。電磁 分析的材料和表面電阻率方法、掃描電子顯微鏡和表面積。導(dǎo)電材料之間的協(xié)同作用,滲流閾值,電磁 行為和理論也 了。100 - 200m,獲得的涂層厚度和 EM 測

8、試范圍是 200 - 1000 MHz。電磁 織物的 95 - 99.99%(15 - 40 dB),并問被發(fā)現(xiàn)是最有效的材料。 的方法和材料是適合生產(chǎn)定制的、靈活的、輕量級和多孔導(dǎo)電織物電磁 或功能電子應(yīng)用程序,包括比表面積高導(dǎo)電材料。近年來，在國內(nèi)研究者對納米技術(shù)的研究也日益活躍，其中為了促使 GF/EP具有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，許多研究學(xué)者嘗試將納米材料摻雜到 GF/EP 復(fù)合材料中以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能及摩擦磨損性能等。除外, 對環(huán)氧樹脂增強(qiáng)相的研究目前主要集中在 T iO2、SiO2、A l2O3、Si3N4、CaSiO4 等材料上。 Ng等證明, 用納米 T iO2 代替其微米級顆

9、?？墒弓h(huán)氧樹脂復(fù)合材料的抗擦傷能力大大提高。Z. Zhang 等納米 T iO2 的體積分?jǐn)?shù)在 4% 6%時環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的耐磨性最優(yōu)。M. Q. Zhang 通過對納米 SiO2 填充環(huán)氧樹脂的研究低含量 (體積分?jǐn)?shù) 2% )的納米級顆?？赏瑫r降低環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù), 提高抗磨性能。 S.Lu 等將納米SiO2- T iO2 顆粒 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1. 95% 2. 65% )與環(huán)氧樹脂以共價鍵形式結(jié)合,復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度為純環(huán)氧樹脂的 2 3 倍, 磨損量較純環(huán)氧樹脂降低 58%, 摩擦系數(shù)也隨著納米顆粒含量的增加而降低G. Shi 等納米 Si3N4(含量通常 ? 1%, 體積分

10、數(shù) )填充環(huán)氧樹脂可大大降低摩擦系數(shù)和磨損率, 提高抗熱變形能力, 材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度隨填料含量的增長而提高, 高的壓力與摩擦溫度下, 在滑動面上可形成一層自潤滑薄膜。B. W etzel 在環(huán)氧樹脂中填充微米 Ca-SiO3 和納米 Al2O3(體積分?jǐn)?shù) 1% 2% ), 實現(xiàn)了提高耐磨性和材料剛度的協(xié)同效果, 耐磨性能可增大 3 倍。在研究中發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧樹脂基體中同時加入納米粒子及 時，可獲得性能優(yōu)于加入單一填料時的摩擦磨損性能的材料，但是當(dāng)納米粒子含量增加時，會降低納米粒子在環(huán)氧基體的均與分散，不利于復(fù)合材料摩擦磨損性能的改善。同樣的，在納米粒子/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中增加

11、的含量也會有同樣的變化趨勢。此次研究中，根據(jù)納米粒子及與環(huán)氧樹脂復(fù)合的特點，確定一種優(yōu)越的比例含量，使復(fù)合材料的粘合性能、摩擦磨損性能處于一種比較好的狀態(tài)。課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容本課題系金屬包裝的范疇，是以聚合物基納米復(fù)合涂層為研究對象，研究其耐磨性能，要求學(xué)生從高分子、材料學(xué)及包裝工程的觀點出發(fā)，運用包裝工程專業(yè)的系列知識，綜合運用材料學(xué)、高分子、包裝工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識，完成對納米粒子協(xié)同填充碳 增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合涂層的 及其性能。研究內(nèi)容主要包括：當(dāng)前國內(nèi)外碳/EP 復(fù)合涂層的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研相關(guān)資料整理（3）納米粒子協(xié)同填充碳增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合涂層的及其性能（4）（30000 字左右）、英文翻譯（10000 字符左右）（5）400 單詞中英要設(shè)計（或研究）方法按照任務(wù)書要求，查閱相關(guān)資料及網(wǎng)絡(luò)資源文獻(xiàn)，及運用自身所學(xué)所見進(jìn)行概括總結(jié)，得到需資料；實地實驗總結(jié)。實地到相關(guān)公司實習(xí)了解，結(jié)合自己所學(xué)得到的資源去認(rèn)識一些相關(guān)技術(shù)在實地生產(chǎn)運用中的基本情況，聯(lián)系實驗完善研究的一些數(shù)據(jù)資料；以相關(guān)資料文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合實驗及實地學(xué)老師的指導(dǎo)下完成