文摘

本研究工作开发了一种环氧矩阵的分析方法用于环氧树脂纳米复合材料的公司₂O₃和SiO₂纳米粒子。不同的测试是为了获得执行的机械特性和耐磨性₂O₃和SiO₂纳米粒子。执行混合使用超声波过程中纳米粒子与树脂混合均匀扩散。的长处观察到纳米复合材料弯曲和冲击强度更高,因为₂O₃和SiO₂纳米颗粒结合。磨损率和摩擦系数减少由于观察到的₂O₃和SiO₂纳米粒子在环氧树脂。这个使用铝的特征有很大的好处₂O₃和SiO₂纳米粒子加载条件。铝的影响₂O₃和SiO₂纳米粒子在环氧树脂更有效,更有效的被加固方法派生。

1。介绍

环氧树脂主要用于各种结构领域由于其高强度和模量,这对于优化热固性聚合物是有用的。树脂具有较高的耐化学性,简单处理。这种树脂在商业使用了很长时间,具有良好的电气绝缘和抗化学腐蚀的特点1]。环氧树脂显示降低固化收缩和更有效的强度,焊接,和可靠性的因素。环氧树脂固化,形成一个网络与不同的养护酐等元素,胺,硫醇等。2- - - - - -8]。特点使环氧树脂更有效的保护等不同用途的涂料,电子使用,地板的目的,绘画等。近年来,纳米复合材料主要被用作复合材料改善复合的能力与其他材料(9- - - - - -14]。纳米材料被用来结合聚合物和固体阶段和纳米尺寸(15]。各种研究表明,纳米复合材料说明机械和热特性(高16,17]。测微填料的密度更高的价值与低密度聚合物相比,因此需要一个高填充数到提高力学性能。这种灌装重量也增加了复合材料(18]。聚合物纳米复合材料的优点是物理性质的优势相比,现有的复合材料,使纳米复合材料的聚合物更优的填充物。纳米复合材料的特点是提高机械强度低的填充,使材料轻(19]。纳米复合材料包含可以增强材料刚度没有影响其韧性,可以提高控股属性而不降低透明度或机械特性与阻燃性能不改变颜色(20.,21]。近年来,不同的纳米材料,如TiO₂和SiO₂(22,23),用环氧树脂来改善环氧树脂的性质矩阵组成(24]。环氧矩阵/ nano-TiO₂展品更高性能的力学行为(25]。纳米级材料的包容是一种更优的改善热固性聚合物的机械和热特性相比,现有的微米大小填充物。环氧/粘土纳米复合材料作为最常用的热固性材料。聚合物复合材料在航空航天领域被广泛用作结构材料由于拥有重量轻。聚合物和聚合物复合材料的self-lubricate便于摩擦学的组件包括齿轮、凸轮、轴承、和海豹。将良好的分布式纳米无机粉纳入聚合物基质可以改善聚合物复合材料的摩擦学的特性(14,26,27]。大量研究实验证明金属或无机纳米粒子可能有效地增强热塑性和热固性聚合物矩阵(16- - - - - -18,21,24]。研究结果与不同树脂类型的方法,对养护剂,加工方法开发新材料制造和加工方法。现在纳米复合材料用于各种实时应用(25,28- - - - - -30.]。在推导最优性能,良好的色散是必要的。纳米粒子的分散到聚合物的各种方法被使用在最近的过去,用于纳米材料的分散均匀的凝聚状态。最常用的方法是超声方法,用于获得均一分散混合(20.,31日- - - - - -33]。超音速等离子喷涂是用于存款铝制oxide-phenolic树脂复合层上的环氧树脂基复合材料。涂层和矩阵的结合强度为25.64 MPa。样品的质量烧蚀率从0.058下降到0.035 g / s的氧乙炔烧蚀实验,证明₂O₃酚醛复合涂层可以显著提高环氧树脂基复合材料的抗烧蚀(34]。通过使用真空装袋方法,Vinay和文卡特斯赫报告制造业和机械、玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的磨损行为,纳米氧化铝添加不同比例(1%,2%,3%,和4%按重量分数)。复合材料的机械和磨损行为显著增强了综合的包容。nanofillers的百分比的增加,这是发现,抗拉强度、抗弯强度、硬度和磨损率都逐渐增加。根据调查结果,4%的nano-Al₂O₃粒子在复合材料有效的工程应用[35]。剥落石墨(EG)和任何一个₂O₃,BaTiO₃/氧化锌结合生成bi-filler环氧复合材料的微波吸收能力增加。采用扫描电镜、拉曼光谱和x射线光电子能谱,评估这些复合材料的成分和形态特征(36]。为了提高玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能,Nayak等人把环氧矩阵₂O₃、SiO₂,TiO₂微粒子。手上篮过程是用来创建复合材料。相比其他微观修饰符,它已经发现,SiO₂对环氧复合材料具有较高的抗弯强度,弯曲模量,测试。这可能是由于硅较小的粒径比其他材料。相比其他修饰符,alumina-modified环氧复合材料具有更高的硬度和冲击能量。SEM显示了基地的集群₂O₃微粒的矩阵(37]。这工作的发展提出一个方法,研究使用环氧树脂纳米复合材料机械性能的材料。介绍工作分析力学特性的影响,利用分布类型和加载条件。混合过程开发使用超声过程中,环氧树脂的耐磨性₂O₃和SiO₂评估作为基地的函数₂O₃和SiO₂纳米粒子。

2。材料和方法

这项工作的材料用作环氧树脂(bisphenolA /环氧氯丙烷)的当量185 - 192克,在100 - 150年风度的粘度温度25°C。修改后的养护agent-cycloaliphaticamine。艾尔₂O₃代表了陶瓷纳米晶体阶段,由初级粒子的大小100海里。他们有一个特定的表面面积100 m²/ g。环氧树脂的已知值是在一个烧杯。艾尔₂O₃纳米粒子与树脂混合,用高速搅拌器搅拌1到2小时。粒子聚结分离高剪切混合的结果。后添加硬化剂(10重量%树脂),混合是激动了14分钟。在那之后,混合物放入模具。复合固化24小时25°C,然后,它接受了后固化1小时在70°C。环氧树脂和纳米粒子的混合增援部队都是通过超声分散,如图1。艾尔₂O₃纳米颗粒非常小尺寸和容易结合矩阵。基于前面的研究选择100海里。

3所示。力学性能的测试

3.1。弯曲测试

弯曲测试完成与茨威格使用ENISO 178万能试验机在室温和变形速率与ASTM D790标准0.05毫米/秒。5个样品的测试来确定弯曲特征。

3.2。悬臂梁式冲击试验

执行这个测试使用一个冲击试验机计算机按照ASTMD256标准(26]。缺口悬臂梁式冲击试验是进行样本大小为64×12.7×4毫米。

3.3。硬度试验

硬度试验是使用一种称为“硬度”的硬度计。硬度计的意愿脚渗透到试样的硬度测量样本。按标准ASTMD2240 [27),使用硬度计测量硬度的D型。

3.4。销环磨损试验

纳米复合材料的摩擦学特性进行的吊舱装置干燥条件。一个计数器的身体是由碳英镑硬化和顺利抛光样品舱测试通过维护3 MPa的压力和速度为0.1米/秒。减少运行期间,所有测试样本与平均表面积pre-worn之前穿测试。这个过程减少了运行时间。在环境条件下,测试了一段3小时。在测试期间,材料的磨损过程删除某些部分计算的重量上的区别(38]。摩擦学的磨损的磨损性能所描述的系统是定义如下: 在哪里

3.5。扫描电子显微镜

观察纳米粒子的影响,表面结构的形态学检查生成的悬臂梁式冲击试验。扫描电子显微镜是用来研究由于钢筋和穿着过程的影响。

4所示。结果和讨论

4.1。弯曲测试

为了测试环氧树脂材料的弯曲性能,进行三点弯曲试验。测试进行的合成₂O₃和SiO₂纳米粒子。在不同以往的研究工作,提出使用微米大小的颗粒有刚性聚合物复合材料的应力-应变行为。抗弯强度是观察到加强与粒径减少填充内容增加。粒子的大小减少,纳米级粒子表面积的增加,从而导致更高的纳米粒子与聚合物结合(14]。这导致大型互动的纳米粒子与聚合物基质和获得更高的抗弯强度。有不同的内容₂O₃和SiO₂纳米复合材料的填充,图所示2显示了抗弯强度与不同含量的纳米颗粒测试之前和之后。从图的观察3,1%的₂O₃和SiO₂纳米粒子成果转化为环氧树脂的挠曲强度增长15%相比,整洁的环氧树脂。3%氧化铝添加为提高抗弯强度。挠曲强度的增加可以观察到的质量测量加载和纳米粒子的分布。

挠曲强度的提高是由于纳米颗粒的粘结和矩阵₂O₃和SiO₂在纳米复合材料。纳米复合材料的连接质量有一个大的作用在机械性能的性能。纳米颗粒的分布有更大影响机械性能的性能,由纳米颗粒的分布质量(24]。混合一个合适的选择,结果在一个适当的分散,增加纳米粒子之间的相互作用和矩阵。有效载荷转移,一个最优分散达到一个更高的表面积,成果转化为环氧树脂的挠曲强度更高。加载条件下高度会影响纳米复合材料的力学性能。高加载导致颗粒之间的范德华力上升从而导致低色散的粒子。因此,高负载条件将矩阵和纳米粒子之间的挠曲强度降低。这导致失效负荷转移的条件。聚合物由无机粒子观测提高刚度,但降低韧性的聚合物16,17]。由于聚合物,无机和有机的组合元素形态的改变导致增加纳米尺度的力学性能。界面交互的增加环氧树脂和铝₂O₃和SiO₂纳米颗粒导致增加刚度。

4.2。冲击试验

行业的影响进行检测观察材料加载的特点,弯曲,扭转,紧张。悬臂梁式测试是最常用的测试由于一个缓解冲击试验的样品制备和获取观测数据更快18]。有两种形式的样品制备的悬臂梁式冲击试验开发取得或无刻痕的样本。影响取得样本观察到较低而无切口试样的样品强度有效裂纹萌生和扩展。影响只是观察到裂纹的传播。级样品中表现得像一个压力集中器。如果混合没有影响,应力集中的影响可以观察到的粒子聚集,这是一个应力集中器聚合物矩阵。在目前的工作,可以看出计算所需的能量传输材料在裂纹。纳米复合材料的冲击强度的变化₂O₃和SiO₂纳米粒子的数据所示4,图5显示了冲击试验标本。

的阿尔₂O₃和SiO₂纳米颗粒显示改善的特征组合的影响。在低水平的提高更有效₂O₃和SiO₂由于精细的分布₂O₃虽然相比,低容量的环氧钢筋增援。这种效果是由各种因素定义的。应力集中的影响被观察到低浓度的纳米颗粒的低价值和冲击强度不受纳米粒子的扩散影响较低的体积₂O₃和SiO₂。有必要适当的混合均匀分散。另一个因素影响的冲击强度是加载因素增加了集聚通过增加纳米复合材料内的应力集中。所以,没有观察到在图的变化5。脆弱的聚合物相比,热固性聚合物的断裂表面观察是毫无特色。热固性的断裂表面效应是基于定义的测试条件和测试聚合物结构形状和温度。三种不同方法的传播模式的固化过程和测试(21,24]。连续断裂,样例与光滑表面观察是脆弱的。另一个传播效果不稳定易碎的开发由于棒/滑处理。环氧树脂的微观结构与增援(1%和3%)显示在图6。

在此方法中,观察到裂纹线。基于延性的传播是观察到稳定在一个较高的温度(28]。系统观察平原高压力的epoxy-alumina复合用作压力屈服剪切过程。环氧树脂的冲击强度高氧化铝复合使他们更适合在使用和设置为最优替代基于纤维的纤维强化。

4.3。硬度试验

环氧树脂复合材料的硬度的变化的变化₂O₃nanofiller内容如图7。由于适当的分散₂O₃和SiO₂nanofiller,观察到的硬度的因素是增加的₂O₃和SiO₂nanofillers。低的浓度₂O₃和SiO₂nanofillers 1%显示更大的硬度比3%₂O₃和SiO₂纳米粒子。产品内容的增加,硬度是观察到的增加;然而,填充内容率提高,硬度是观察到的减少。这个过程是观察到由于减少了环氧树脂基体的附着力和艾尔₂O₃和SiO₂nanofillers [25]。结果表明,随着填料含量增加,基地的集群₂O₃增加。一个最小化的硬度与环氧树脂复合观测。图8显示硬度试验标本。

4.4。销盘式磨损试验

满环氧树脂基体的机械特性₂O₃和SiO₂在之前的部分。由于没有协会观察力学和摩擦学性能,磨损环氧纳米粒子由于变化的特征是解决在这一节中。在最近的方法,观察到纳米复合材料填充纳米颗粒更均匀的涂层表面相比现有涂料添加剂(29日,30.)耐磨性。然而,可以看出大颗粒更适合在保护聚合物矩阵如果不被删除20.]。

图9显示了磨损率不同₂O₃和SiO₂和图10显示销环磨损试验标本。达到稳态行为,磨损试验需要相当时间的小时。在稳态条件下,摩擦系数和摩擦力被观察到在一个恒定值和热交流处于均衡水平(39,40]。所有的样品在测试一个恒定的环境下进行测试。观察了说明了降低磨损率以增加纳米颗粒可以改善耐磨性。磨损率减少,观察图8的增加₂O₃和SiO₂纳米粒子。最小化是更有效地在一个较低的填充₂O₃和SiO₂纳米颗粒的体积的1%与3%₂O₃和SiO₂纳米粒子。也见过类似的观察与摩擦系数见图11环氧矩阵的满₂O₃和SiO₂纳米粒子。图12显示设置的销环磨损试验。

填料和矩阵之间的结合强度有显著影响摩擦系数,提高了耐磨性。由于剪应力,观察到纳米颗粒穿,粒子分离。分离过程去除材料有很大的影响,因为穿着。

5。结论

本文分析了epoxy-alumina和硅纳米复合材料的力学和摩擦学特性。环氧矩阵是观察到的效果是影响纳米粒子的使用。提出了应用超声波搅拌工作更高的分散epoxy-alumina和硅纳米复合材料的质量。与1%的体积alumina-silicon纳米粒子的引入,弯曲和冲击强度增加。材料的刚度也观察到改善。然而,磨损率和摩擦系数都观察到最小化包含1% alumina-silicon纳米颗粒。体积增加到3%,由于增加观察不是最优的粒子的聚集。提高机械性能和耐磨性,epoxy-alumina-silicon纳米复合材料是观察到替换现有的纤维增强复合材料。(我)相比其他填充物₂O₃、SiO₂改性环氧树脂复合材料具有更高的力学参数,如弯曲强度和弯曲模量。(2)随着陶瓷粒子的大小逐渐减弱,力学特性得到改善。(3)相比其他修饰符,alumina-modified环氧复合增加硬度和冲击能量由于集聚₂O₃、SiO₂微粒的矩阵。(iv)为所有类型的复合材料,扫描电镜检查清楚地表明,断裂的模式的组合矩阵,矩阵/纤维粘结和纤维拔出。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。要进一步的数据或信息,这些都可以从相应的作者。

信息披露

它作为就业的一部分执行蓝色赫拉大学,埃塞俄比亚。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢机械工程系的技术援助,蓝色的赫拉大学,埃塞俄比亚,完成这个实验工作。作者传达他们由于机械工程系,K L大学安得拉邦,草案的支持在写作。