粉煤灰环氧树脂复合材料性能研究

论文摘要

本文采用粉煤灰填充环氧树脂制备高填充量粉煤灰环氧树脂复合材料,并以玻璃纤维进行增强。论文探讨了粉煤灰表面改性机理,并通过一系列测试方法研究不同组分复合材料的力学性能、热性能以及微观结构变化,并对性能差异的原因进行探索分析。通过偶联剂KH-560对粉煤灰进行表面改性处理,处理后粉煤灰分散效果明显改善,与树脂界面的粘结性有所好转,用红外对改性效果进行表征,证明偶联剂和粉煤灰表面发生化学键合。将改性后的粉煤灰在0-800份含量范围内对环氧树脂进行填充,室温下浇注固化成型制备粉煤灰环氧树脂复合材料,并对玻璃纤维和粉煤灰共同增强环氧树脂复合材料进行研究。通过力学性能测试,发现随着粉煤灰含量的增加,体系的力学性能呈现先下降后上升的趋势,在粉煤灰填充量为500份时性能较佳,复合材料经玻璃纤维增强后力学性能得到大幅度提升,玻璃纤维的最佳添加量为20%,此时体系的压缩强度为129.20MPa,比纯环氧树脂提高246%,拉伸强度达到25.43MPa,说明玻纤在复合材料中限制了基体的变形,能有效分散应力和载荷。通过对材料进行DMTA测试,发现加入粉煤灰后,材料的Tg有所降低,说明粉煤灰表面的羟基与环氧树脂发生反应,使得固化剂参与反应的官能团多于环氧基团,导致体系的固化度减小；采用25%玻璃纤维增强后促进体系交联密度,复合材料的耐热性能得到改善,在500份粉煤灰填充量时,材料的玻璃化温度为116.45℃,比纯环氧树脂提高了8℃。通过对不同组分复合材料的SEM观察,发现在低填充量时,粉煤灰颗粒与树脂基体脱离,断面出现开裂现象,导致体系力学性能下降；在高填充量时,粉煤灰颗粒表面发生破碎,说明材料在受到外力时,先是粉煤灰颗粒在较好的界面结合作用下受到外力的作用发生破裂,然后粉煤灰颗粒与树脂基体发生脱离,最后才是树脂基体发生断裂；而玻璃纤维增强后的材料拉伸断面可以明显看到玻璃纤维的表面附有基体树脂,说明材料在受到外力作用时,横向的玻璃纤维能起到较好的应力传递作用,且拉伸应力造成的微裂缝的发展过程中受到横跨在裂缝间的玻璃纤维的阻碍,抑制了裂缝的进一步扩展,断裂过程被延缓,表现为抗拉强度的增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 粉煤灰的组成和性质
• 1.2.1 粉煤灰的产生
• 1.2.2 粉煤灰的组成和结构
• 1.2.3 粉煤灰的基本性质和分类
• 1.3 粉煤灰改性
• 1.3.1 碱性改性
• 1.3.2 酸性改性
• 1.3.3 阳离子改性
• 1.3.4 表面活性剂改性
• 1.3.5 偶联剂改性
• 1.4 粉煤灰的利用现状
• 1.4.1 粉煤灰在建筑和建材工业的应用
• 1.4.2 粉煤灰在农林牧业的应用
• 1.4.3 粉煤灰在废气、污水处理中的应用
• 1.4.4 粉煤灰在化学工业中的应用
• 1.5 粉煤灰填充环氧树脂复合材料体系
• 1.5.1 环氧树脂的结构和性能
• 1.5.2 粉煤灰填充环氧树脂复合材料研究进展
• 1.5.3 粉煤灰玻璃微珠/环氧树脂复合材料研究进展
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.3 高填充量粉煤灰环氧树脂复合材料的制备
• 2.3.1 粉煤灰改性
• 2.3.2 高填充量粉煤灰环氧树脂复合材料的制备
• 2.4 性能测试与表征
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 力学性能测试
• 2.4.3 动态热力学测试
• 2.4.4 SEM微观性能表征
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 改性粉煤灰红外谱图分析
• 3.2 粉煤灰环氧树脂复合材料力学性能的研究
• 3.2.1 粉煤灰含量对复合材料力学性能的影响
• 3.2.2 玻璃纤维含量对复合材料力学性能的影响
• 3.3 粉煤灰复合材料的热机械性能
• 3.3.1 DMTA测试聚合物的原理
• 3.3.2 不同含量粉煤灰/环氧树脂复合材料的动态力学分析
• 3.3.3 玻璃纤维对粉煤灰/环氧树脂复合材料的动态力学影响分析
• 3.4 粉煤灰复合材料微观性能研究
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介
• 附件