论文部分内容阅读
纳米增强材料能够很好地改善树脂基复合材料的性能。在纳米材料直接混入树脂基体过程中,由于其特殊的表面结构,它比一般的粉体材料更加难以分散,不能充分发挥纳米材料的作用和性能。本文采用了高能液体压力激波加工技术,即以基于脉冲超声波聚焦技术,采用大功率压电陶瓷激波发生器,在水介质中产生高能、高压的瞬时激波,使处于聚焦区域的材料发生变化,从而获得高性能的树脂基纳米复合材料,达到了纳米材料在树脂基体中均匀分散的目的。本文应用了自主研制的试验系统对高能液体压力激波在纳米颗粒分散和复合材料制备领域的应用进行了深入的探讨,为高分子材料加工提供了一种先进的制造技术手段,具有高效、低成本、能量可控性好、安全洁净和应用范围广等优点。本文以环氧树脂(E-44)为基体,以纳米材料SiO2作为增强剂,制备了环氧树脂基纳米复合材料,重点研究了普通超声法和高能液体压力激波法对制备纳米复合材料固化工艺、力学性能、耐热性能等性能的影响规律,并就纳米材料在基体中的分散性及机理进行了研究。在不同的工艺条件下,采用普通超声法与激波法进行对比实验,分别对制备产物的性能进行了分析和实验验证。本文主要工作和创新点如下:1、简单介绍了液体压力激波发生器系统的关键部件,并就平面圆形多阵元激波发生器的设计和声场模拟等两方面进行了讨论。采用Matlab语言编写了声场计算程序,运用声场模拟手段对液体压力激波发生器的声场特性进行了初步研究,通过基于坐标变换的方法对平面圆形多阵元声场进行计算,主要探讨了阵元的数量和排列方式对聚焦性能和声压的影响。2、通过不同升温速率下差示扫描量热法(DSC)研究了酸酐固化nmSiO2/E44纳米复合材料的非等温固化动力学,确定了树脂的固化工艺。采用Kissinger、Ozawa法和Crane公式计算了不同含量nmSiO2体系的反应活化能、反应级数的固化反应参数,并估算了理论凝胶温度和理论固化温度。3、通过普通超声法制备环氧树脂基纳米复合材料,确定了最佳超声时间、nmSiO2质量分数等工艺参数,并研究了其对复合材料力学性能、耐热性、硬度等性能的影响,对其超声化学机理进行了研究分析。4、通过液体压力激波法制备环氧树脂基纳米复合材料,与普通超声法相对比,研究了其性能的优异性。并研究了激波时间、占空比、深度等激波工艺参数,nmSiO2质量分数对复合材料力学性能、耐热性等性能的影响,对其激波化学机理进行了研究分析。5、对nmSiO2/EP复合材料的增强增韧机制进行了分析和探讨,提出了新的观点—弥散强化。6、首次在高能液体压力激波作用下探索纳米材料的分散机理和工艺规律,以及树脂基纳米材料的复合过程与声化学效应的关系,缩短了热加工时间,降低了制造成本,为树脂基纳米复合材料的制备提供一条科学可行的崭新途径。