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颗粒冲蚀磨损,是指颗粒冲撞材料表面的过程中,随着颗粒在材料表面发生相对运动(撞击、摩擦)作用下发生的损耗。经常对航空航天设备、高速列车、风车等表面造成较为严重的损伤。对于聚合物基复合材料的冲蚀磨损性能,国外的研究者进行了大量的树脂基复合材料耐磨损性能的研究,使用的大多是玻璃纤维和碳纤维作为增强相,纳米级材料作为增强相制得复合材料的冲蚀磨损性能的研究还非常少。国内对于聚合物基复合材料耐冲蚀磨损性能的研究总体上看更少。气相生长纳米碳纤维(VGCF)具有突出的高模量和高强度,它作为增强相制得的聚合物基复合材料的各方面力学性能都比较优越,但是至今还没有文章对其耐冲蚀磨损性能进行研究,其耐冲蚀磨损机理也一直有待探索。
本文根据以前的相关研究,通过系统的实验分析,优化了纳米材料即气象生长碳纤维(VGCF)增强不饱和树脂基复合材料的制作工艺,使用紫外线臭氧法对VGCF进行了表面处理,实现了’VGCF在基体中的良好分布,制作出了力学性能优良的复合材料。
针对上述材料,本文模拟空气中的灰尘等颗粒悬浮物对高速运动物体的损伤机理,设计了冲蚀磨损性能试验装置,并对上述复合材料的冲蚀磨损性能进行了测试与评价,分析了材料冲蚀磨损性能的影响因素,重点对气相生长纳米碳纤维(VGCF)和纳米炭黑(CB)作为增强相,其质量比对树脂基复合材料耐颗粒冲蚀磨损性能的影响规律进行了研究。研究结果表明:VGCF作为增强相除具有优良的力学性能外,还能有效地改善基体材料的耐冲蚀磨损性能。通过扫描电镜的观察,发现了VGCF增强复合材料中存在VGCF的网络结构,VGCF的本身优良性能及网络结构是提高复合材料耐冲蚀磨损性能的重要原因。
研究结果可为进一步研究及开发综合性能优良的气象生长纳米碳纤维(VGCF)和纳米炭黑(CB)增强不饱和树脂基复合材料提供理论依据与数据参考。