環(huán)氧樹(shù)脂(EP)由于具有良好的耐熱性、高強(qiáng)度和對(duì)基材良好的粘附性能，所以在膠粘劑、密封膠和涂料等領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。另外由于其不但具有優(yōu)異的耐磨損和耐酸堿性能，而且具有涂敷工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于零件耐腐蝕磨損表面的涂覆、工件上缺陷的修補(bǔ)和腐蝕磨損表面的修復(fù)等，但是環(huán)氧樹(shù)脂也存在脆性大的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其耐沖擊、抗剝離和耐振動(dòng)疲勞等性能差。本文對(duì)EP涂層在干摩擦和水、300#液體石蠟潤(rùn)滑下的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究，并對(duì)聚合物的磨損機(jī)理進(jìn)行了分析。

1　實(shí)驗(yàn)方法

1·1　EP磨損材料的制備方法

在環(huán)氧樹(shù)脂中加入胺類固化劑，于室溫下強(qiáng)力攪拌均勻，并涂于Q235鋼基體金屬磨塊表面，并將金屬磨塊置入50℃干燥箱中烘烤4 h后制成環(huán)氧樹(shù)脂磨損實(shí)驗(yàn)?zāi)K。 摘要：采用連續(xù)玻璃纖維與環(huán)氧樹(shù)脂相復(fù)合，通過(guò)金屬模壓成型工藝，制備出單向玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。通過(guò)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)論證單向纖維對(duì)樹(shù)脂基體的增強(qiáng)作用，從而研究不同纖維含量下復(fù)合材料的彈性模量、縱向拉伸強(qiáng)度、縱向壓縮強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：隨著纖維含量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能均增強(qiáng)，當(dāng)纖維體積含量為50%時(shí)，其各項(xiàng)性能均較好，彈性模量為40 GPa,縱向拉伸強(qiáng)度為1 200 MPa,縱向壓縮模量為700 MPa。此外，對(duì)復(fù)合材料的其他常用力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

環(huán)氧樹(shù)脂是由具有還氧基的化合物與多元羥基化合物(雙酚A、多元醇、多元酸、多元胺)進(jìn)行縮聚反應(yīng)而制得的產(chǎn)品。它適用于多種成型工藝，可配制成不同的配方，可調(diào)節(jié)粘度范圍大，貯存壽命長(zhǎng);固化時(shí)不釋放揮發(fā)物，固化收縮率低，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐熱性、耐濕性和高的絕緣性。但因其固化物質(zhì)脆，抗開(kāi)裂性能、抗沖擊性能較低，使其應(yīng)用受到了一定限制。若以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，通過(guò)填加不同的增強(qiáng)材料制成不同的復(fù)合材料，則可使其性能得到大幅度改進(jìn)。玻璃纖維由于性能優(yōu)良，成本低廉，研究較早，故其應(yīng)用已處于相對(duì)較成熟的階段。本文通過(guò)連續(xù)玻璃纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合而制得單向復(fù)合材料板，對(duì)復(fù)合材料的相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行研究，為此種復(fù)合材料的進(jìn)一步應(yīng)用和性能的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1　試驗(yàn)材料與方法

選用E54和TDE85環(huán)氧樹(shù)脂體系及南京玻纖院生產(chǎn)的S2無(wú)堿高強(qiáng)玻璃纖維為原料，加入固化劑咪睉，利用金屬模壓成型工藝制得所需復(fù)合材料試樣。材料成型工藝參數(shù)：120℃/2 h+160℃/4 h。利用WDW3300型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)試樣相關(guān)力學(xué)性能。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　復(fù)合材料的彈性模量分析

以環(huán)氧樹(shù)脂澆注體為參照，當(dāng)基體中填加不同體積分?jǐn)?shù)的玻璃纖維后，所得復(fù)合材料試樣的彈性模量變化如圖1所示。

復(fù)合材料中各結(jié)構(gòu)單元所起的作用不同?；w類似隔膜，能將增強(qiáng)體分隔開(kāi)來(lái)，主要用于固定和黏附增強(qiáng)體，并將所受的載荷通過(guò)界面?zhèn)鬟f到增強(qiáng)體上。增強(qiáng)體被均勻地分散于基體中，主要用來(lái)承受載荷，降低復(fù)合材料被破壞的幾率，提高材料的使用性能，延緩其使用壽命。

由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，當(dāng)玻璃纖維體積含量為30%時(shí)，雖然復(fù)合材料的彈性模量有所增加，但增加幅度并不大，這主要是因?yàn)楫?dāng)纖維數(shù)目較少時(shí)，其承擔(dān)的應(yīng)力也相對(duì)較少，并且由于纖維的加入，切斷了原來(lái)連續(xù)的基體，在樹(shù)脂中形成了一定數(shù)目的缺陷，不利于彈性模量的增加。當(dāng)纖維體積含量為50%時(shí)，彈性模量增加顯著，這是因?yàn)楫?dāng)纖維增加到一定程度并均勻地分布于樹(shù)脂基體中后，纖維較好地承擔(dān)了受力作用。由于纖維和基體界面結(jié)合適中，纖維的變形受到基體的限制，同時(shí)纖維阻止基體的變形，從而使復(fù)合材料獲得很好的強(qiáng)化。

2.2　復(fù)合材料的強(qiáng)度分析

圖2、圖3為不同玻璃纖維含量的復(fù)合材料縱向拉伸強(qiáng)度和縱向壓縮強(qiáng)度變化曲線，可以看出，隨著纖維含量的增加，復(fù)合材料的縱向拉伸強(qiáng)度和縱向壓縮強(qiáng)度均呈增加趨勢(shì)，且當(dāng)纖維含量為50%時(shí)材料的強(qiáng)度值均高于纖維含量為30%時(shí)的材料強(qiáng)度值。

在本試驗(yàn)所制復(fù)合材料中，由于玻璃纖維是單向排列于樹(shù)脂基體中，所以當(dāng)纖維含量達(dá)到一定值后，當(dāng)外力由基體傳遞至纖維時(shí)，由于各向異性的影響，會(huì)使力的作用方向發(fā)生變化，即主要沿纖維取向方向進(jìn)行傳遞。在一定程度上使力的作用得到分散，對(duì)復(fù)合材料的破壞作用減緩，從而使材料的強(qiáng)度得到提高。但當(dāng)纖維含量過(guò)多時(shí)，部分纖維難以被樹(shù)脂充分浸潤(rùn)，從而在材料中形成許多結(jié)合較弱的界面，當(dāng)材料受力時(shí)，這些界面容易脫附拔出，應(yīng)力傳遞失效，使材料的性能下降。鑒于前人的經(jīng)驗(yàn)，本試驗(yàn)復(fù)合材料中纖維最高體積含量為50%。

2.3　其他力學(xué)性能檢測(cè)

由以上幾組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，當(dāng)玻璃纖維體積含量為50%時(shí)，復(fù)合材料的性能較好，故對(duì)這種復(fù)合材料的其他幾種常用力學(xué)性能作進(jìn)一步檢測(cè)，所得結(jié)果如表1所示。

3　結(jié)束語(yǔ)

玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料力學(xué)性能隨著纖維含量增加而增強(qiáng)，當(dāng)纖維含量較少時(shí)，復(fù)合材料的性能增進(jìn)幅度不大，但當(dāng)纖維含量達(dá)到一定值后，即纖維體積含量為50%時(shí)，復(fù)合材料獲得了較好的綜合力學(xué)性能，其中彈性模量可達(dá)40 GPa,縱向拉伸強(qiáng)度可達(dá)1 200 MPa,縱向壓縮模量可達(dá)700 MPa。