發(fā)布時間：2018-08-03 20:11

【摘要】：樹脂礦物復合材料是以天然花崗巖顆粒為骨料,以有機樹脂為粘結劑形成的新型復合材料,具有良好的復雜外形成型能力和精度、優(yōu)良的阻尼減振性和熱穩(wěn)定性以及耐腐蝕性等,適用于制造高速和精密加工機床、激光、電子、醫(yī)療設備等的床身、底座、工作臺、立柱等基礎件。雖然樹脂礦物復合材料具有諸多優(yōu)良特性,但其力學性能較差,很大程度上限制了其在工業(yè)生產中的廣泛應用。本文通過添加鋼纖維作為增強相制備鋼纖維增強樹脂礦物復合材料,提高樹脂礦物復合材料的抗彎強度和抗壓強度。研究不同表面預處理方法對界面粘接強度的影響,探索影響樹脂礦物復合材料界面粘接強度及力學性能的主要因素,為樹脂礦物復合材料在機床床身等機械基礎件的應用奠定了基礎。根據不同化學物質的組分特性和工業(yè)生產要求,優(yōu)選出組成纖維增強樹脂礦物復合材料的樹脂、固化劑、稀釋劑、骨料、填料和增強纖維等各組分。參照現(xiàn)有成熟的復合材料制備經驗,結合工藝試驗結果,優(yōu)化鋼纖維增強樹脂礦物復合材料的制備流程。在鋼纖維表面預處理機理研究的基礎上,試驗研究不同表面預處理方法對鋼纖維表面理化性能的影響。接觸角試驗結果表明,四種表面預處理后的金屬試樣表面自由能較未處理的金屬試樣均有不同程度的提高,其中,氧化處理后的金屬試樣表面自由能最大,提高了82.3%,偶聯(lián)次之。表面自由能增大提高了金屬表面的浸潤能力,有利于環(huán)氧樹脂在其表面浸潤和鋪展。單纖維拉拔試驗結果表明,經不同表面預處理后的鋼纖維與樹脂基體的粘結強度較未處理前均有不同程度的提高,其中,經偶聯(lián)處理的鋼纖維由于表面自由能提高,以及與環(huán)氧樹脂間形成互穿或半互穿網絡界面層的雙重效果,界面粘結強度最大,與未處理的鋼纖維相比提高了45.1%。結合鋼纖維抗拉強度試驗和單纖維拉拔試驗,在纖維最大脫粘力與纖維拉斷時所能承受的最大力相等時,推導得出增強纖維的臨界長度公式,為鋼纖維增強樹脂礦物復合材料的應用奠定了基礎。添加鋼纖維可以有效改善樹脂礦物復合材料的力學性能,抗彎強度和抗壓強度分別提高17.9%和8.2%。鋼纖維有效改善了樹脂礦物復合材料在受到荷載初期裂紋急劇擴展的現(xiàn)象,并且在荷載末期鋼纖維與基體脫粘拔出過程吸收能量,材料呈現(xiàn)良好的塑形,具有裂而不斷的特性。表面預處理對鋼纖維增強樹脂礦物復合材料抗彎性能的改善作用明顯,對抗壓強度影響較小,四種表面預處理方法中偶聯(lián)處理效果最佳,復合材料的抗彎強度提高33.4%。
[Abstract]:Resin mineral composite is a new type of composite material made of natural granite particles and organic resin as binder. It has good complex shape forming ability and precision, excellent damping damping, thermal stability and corrosion resistance. It is suitable for manufacturing high speed and precision machine tools, laser, electronics, medical equipment and so on. Although the resin mineral composite material has many excellent properties, the mechanical properties of the resin mineral composite material are poor, which greatly limits its wide application in industrial production. In this paper, steel fiber reinforced resin mineral composite material was prepared by adding steel fiber as an enhanced phase, and the mineral composition of the resin was improved. The bending strength and compressive strength of the material are studied. The influence of the different surface pretreatment methods on the bonding strength of the interface is studied. The main factors affecting the interfacial bonding strength and mechanical properties of the resin mineral composite materials are explored, which lays the foundation for the application of the resin mineral composite material in the machine tool bed, such as the machine tool bed. Component characteristics and industrial production requirements, select the components of the resin, curing agent, diluent, aggregate, filler and reinforced fiber, which make up the fiber reinforced resin mineral composites. The preparation process of the steel fiber reinforced resin mineral composite is optimized with reference to the existing experience in the preparation of the existing mature composite materials and the process test results. On the basis of the study of the mechanism of surface pretreatment, the effects of different surface pretreatment methods on the physical and chemical properties of the steel fiber surface were tested. The contact angle test results showed that the surface free energy of the four kinds of surface pretreated metal samples was improved to some extent than that of the untreated metal samples, among them, the metal sample sheet after oxidation treatment was used. The maximum surface free energy is increased by 82.3% and coupling time. The increase of surface free energy increases the infiltration capacity of the metal surface, which is beneficial to the infiltration and spreading of the epoxy resin on its surface. The results of single fiber drawing test show that the bond strength of the steel fiber and the resin matrix after the different surface pretreatment has been improved to a different degree than that before the treatment. In addition, the coupling treatment of steel fiber, due to the increase of surface free energy, and the double effect of interpenetrating or semi interpenetrating network interface between the epoxy resin and the epoxy resin, has the greatest bonding strength. Compared with the untreated steel fiber, the tensile strength test and single fiber drawing test of 45.1%. bonded steel fibers have been improved. When the maximum force that the fiber can withstand is equal, the formula of the critical length of the reinforced fiber is derived, which lays the foundation for the application of the steel fiber reinforced resin mineral composite material. The addition of steel fiber can effectively improve the mechanical properties of the resin mineral composites, and the bending strength and compressive strength are increased by 17.9% and 8.2%. steel fibers respectively. It improves the phenomenon that the resin mineral composites expand rapidly at the initial stage of loading, and absorbs energy at the end of the load at the end of the load. The material exhibits good shape and has a crack and continuous characteristic. The improvement of the bending property of the steel fiber reinforced tree fat mineral composites by surface pretreatment is clear. The results show that the effect of coupling treatment is the best among the four surface pretreatment methods, and the bending strength of the composite is increased by 33.4%.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ327;TB33

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本文編號：2162878