設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)題報(bào)告

1、科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（學(xué)生填表）學(xué)院：藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院）開(kāi)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(jí)包裝 111 班課題類型指導(dǎo)教師講師課題來(lái)源生產(chǎn)1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義（1）設(shè)計(jì)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(shù)脂納米復(fù)合材料是改性環(huán)氧樹(shù)脂一條有效的途徑。在摩擦學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，環(huán)氧樹(shù)脂常用作涂層基體材料，為彌補(bǔ)環(huán)氧樹(shù)脂摩擦學(xué)性能上的 ，人們添加多種填料來(lái)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(shù)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(duì)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(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)一直是研究的焦點(diǎn)。當(dāng)前較為廣泛采用的增韌方法是在熱固性樹(shù)脂中加入橡膠或熱塑性樹(shù)脂，此法可以有效提高樹(shù)脂體系的韌性，但增韌成分的引入不僅增加了樹(shù)脂體系的化學(xué)復(fù)雜性，還可能引起諸如增韌劑與原樹(shù)脂基體的匹配性，工藝條件的改變，以及對(duì)樹(shù)脂的模量、濕/熱性能會(huì)產(chǎn)生影響等問(wèn)題。且經(jīng)過(guò)橡膠或熱塑性樹(shù)脂增韌改性后樹(shù)脂體系的黏度大增，無(wú)法適用于高性能低成本的先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料成型用的樹(shù)脂傳遞模塑（Res ransfer Molding, RTM）工藝，因?yàn)?RTM 工藝的關(guān)鍵之一就是要有低黏度的樹(shù)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(dú)特的絲狀結(jié)構(gòu)，使碳無(wú)法單獨(dú)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(gè)工業(yè)領(lǐng)域，其中最為矚目的是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)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(shù)脂基復(fù)合材料成為金屬材料獨(dú)一無(wú)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(jì)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(rùn)滑技術(shù)難以勝任, 固體潤(rùn)滑膜是控制摩擦磨損的最

4、佳選擇。種類繁多的固體潤(rùn)滑膜形成方法中, 粘涂法不僅工藝簡(jiǎn)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(rùn)滑涂層的方法在減摩潤(rùn)滑方面的應(yīng)用日益廣泛。目前, 粘結(jié)型固體潤(rùn)滑涂層在航天領(lǐng)域已經(jīng)解決了許多潤(rùn)滑難題如 人造上的天線驅(qū)動(dòng)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(dòng)件、汽缸等的潤(rùn)滑。典型的還有煉鋼連鑄設(shè)備中滑動(dòng)水口用滑板的潤(rùn)滑, 鐵路領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備 的潤(rùn)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(wàn)向節(jié)等滑動(dòng)摩擦副零件表面均采用潤(rùn)滑耐磨涂料。

5、據(jù)統(tǒng)計(jì), 市售的各類潤(rùn)滑耐磨涂料中, 有 95%為樹(shù)脂粘結(jié)型, 其中以環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)型應(yīng)用最為廣泛。2. 國(guó)內(nèi)外同類設(shè)計(jì)（或同類研究）的概況綜述許多無(wú)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(hào) 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(guò)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(cè)

8、試范圍是 200 - 1000 MHz。電磁 織物的 95 - 99.99%(15 - 40 dB),并問(wèn)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(jí)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(lái)，在國(guó)內(nèi)研究者對(duì)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(duì)環(huán)氧樹(shù)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(jí)顆

9、粒可使環(huán)氧樹(shù)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(shí)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的耐磨性最優(yōu)。M. Q. Zhang 通過(guò)對(duì)納米 SiO2 填充環(huán)氧樹(shù)脂的研究低含量 (體積分?jǐn)?shù) 2% )的納米級(jí)顆粒可同時(shí)降低環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂以共價(jià)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(shù)脂的 2 3 倍, 磨損量較純環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(zhǎng)而提高, 高的壓力與摩擦溫度下, 在滑動(dòng)面上可形成一層自潤(rùn)滑薄膜。B. W etzel 在環(huán)氧樹(shù)脂中填充微米 Ca-SiO3 和納米 Al2O3(體積分?jǐn)?shù) 1% 2% ), 實(shí)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(shù)脂基體中同時(shí)加入納米粒子及 時(shí)，可獲得性能優(yōu)于加入單一填料時(shí)的摩擦磨損性能的材料，但是當(dāng)納米粒子含量增加時(shí)，會(huì)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(shù)脂復(fù)合材料中增加

11、的含量也會(huì)有同樣的變化趨勢(shì)。此次研究中，根據(jù)納米粒子及與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的特點(diǎn)，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(jì)（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(duì)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(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用包裝工程專業(yè)的系列知識(shí)，綜合運(yùn)用材料學(xué)、高分子、包裝工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，完成對(duì)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?jī)?nèi)容主要包括：當(dāng)前國(guó)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(jì)（或研究）方法按照任務(wù)書(shū)要求，查閱相關(guān)資料及網(wǎng)絡(luò)資源文獻(xiàn)，及運(yùn)用自身所學(xué)所見(jiàn)進(jìn)行概括總結(jié)，得到需資料；實(shí)地實(shí)驗(yàn)總結(jié)。實(shí)地到相關(guān)公司實(shí)習(xí)了解，結(jié)合自己所學(xué)得到的資源去認(rèn)識(shí)一些相關(guān)技術(shù)在實(shí)地生產(chǎn)運(yùn)用中的基本情況，聯(lián)系實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)及實(shí)地學(xué)老師的指導(dǎo)下完成