设计实验开题报告

1、科技大学毕业设计（学生填表）学院：艺术与设计学院）开题2014 年 9 月 5 日课题名称纳米粒子协同填充碳增强环氧复合涂层的及其性能学生专业班级包装 111 班课题类型指导教师讲师课题来源生产1. 设计（或研究）的依据与意义（1）设计的依据：协同效应，纳米粒子的形貌，柔性界面层，材料耐磨性能环氧树脂纳米复合材料是改性环氧树脂一条有效的途径。在摩擦学应用领域，环氧树脂常用作涂层基体材料，为弥补环氧树脂摩擦学性能上的 ，人们添加多种填料来改善其摩擦磨损性能，从而获得广泛应用，尤其在环氧耐磨涂层方面的研究已获得了很大的发展。在新一代航空飞行器中， 增强树脂基复合材料在结构重量中所占的显著增大，应用

2、部位也更加广泛，由此对材料韧性的要求也愈加突出。这类复合材料的层间韧性 、抗冲击损伤能力较低这一问题，长期以来一直是研究的焦点。当前较为广泛采用的增韧方法是在热固性树脂中加入橡胶或热塑性树脂，此法可以有效提高树脂体系的韧性，但增韧成分的引入不仅增加了树脂体系的化学复杂性，还可能引起诸如增韧剂与原树脂基体的匹配性，工艺条件的改变，以及对树脂的模量、湿/热性能会产生影响等问题。且经过橡胶或热塑性树脂增韧改性后树脂体系的黏度大增，无法适用于高性能低成本的先进树脂基复合材料成型用的树脂传递模塑（Res ransfer Molding, RTM）工艺，因为 RTM 工艺的关键之一就是要有低黏度的树脂。碳

3、是一种碳含量在 90%以上的状碳材料，集低密度、高强、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐辐射等多种优异性能于一身。但由于他独特的丝状结构，使碳无法单独作为结构材料使用。碳主要以复合材料增强体的形式被广泛应用于各个工业领域，其中最为瞩目的是碳纤维增强树脂基复合材料。该类材料具有质量轻、强度、模量、耐高温等一系列优异性能。尤其是其轻质量使得碳增强树脂基复合材料成为金属材料独一无二的替代品，作为多种主承力结构和次承力结构被广泛应用。（2）设计的意义1、应用上的意义：2、理论上意义在一些 苛刻的摩擦工况条件下, 如航天、冶金等行业, 常规的润滑技术难以胜任, 固体润滑膜是控制摩擦磨损的最

4、佳选择。种类繁多的固体润滑膜形成方法中, 粘涂法不仅工艺简单, 施工不受温度、湿度等外界环境条件限制, 而且能在较低温度下涂覆于不同的材料上, 避免被涂零件的热应力与变形。因此, 采用粘涂技术在零件表面 固体润滑涂层的方法在减摩润滑方面的应用日益广泛。目前, 粘结型固体润滑涂层在航天领域已经解决了许多润滑难题如 人造上的天线驱动系统、星箭分离机构、 搭载机械、火箭、飞机等的高温发滑动件、汽缸等的润滑。典型的还有炼钢连铸设备中滑动水口用滑板的润滑, 铁路领域内设备 的润滑, 此外, 电机转子轴、 油缸等在用件的快速修复,发 活塞、机床导轨、轴承、球形万向节等滑动摩擦副零件表面均采用润滑耐磨涂料。

5、据统计, 市售的各类润滑耐磨涂料中, 有 95%为树脂粘结型, 其中以环氧树脂粘结型应用最为广泛。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述许多无机及有机化合物作为填料可以显著改善聚合物材料的摩擦磨损性能，其中有关热塑性高分子复合材料的研究比较深入。已经发现，石墨、氧化铜及金属粉末等作为填料可显著降低聚四氟乙烯的磨损率；氧化铜、硫化铜等可以改善聚醚醚酮和尼龙的耐磨性能；而锌、氧化锌等异能提高尼龙的抗磨能力。2011 年 4 月 29 号 Guo-ming Lin, Guang-you Xie,Guo-xin Sui, Rui在 Hybrid effect of nanoparticles w

6、ith carbon fibers on the mechanical and wear properties of polymer com ites。提出 Polyetheretherketone(PEEK)与碳 复合材料加固(CFs)和 nano-ZrO2 粒子是由结合纳米粒子通过双螺杆挤压成 PEEK / CF 复合材料。纳米粒子的影响在机械和 PEEK / CF 复合材料的耐磨性进行了研究。结果表明,掺入 nano-ZrO2 粒子与碳 能有效地提高复合材料的拉伸性能。复合材料的拉伸强度和杨氏模量增加而增加 nano-ZrO2 内容。粒子的增感效应更重要的混合增强复合材料。两种填料的复合

7、也显著提高了复合材料的耐磨性水条件下特别是在高压下。Renata Redondo Bonaldi 在2013 年在Characterization of electromagnetic shielding fabrics obtained from carbon nanotube com ite coatings了新型电磁 (EM)面料由 knife-over-roll 涂层和使用的碳纳米管(CNT)组合,导电聚合物和金属纳米颗粒。电磁 分析的材料和表面电阻率方法、扫描电子显微镜和表面积。导电材料之间的协同作用,渗流阈值,电磁 行为和理论也 了。100 - 200m,获得的涂层厚度和 EM 测

8、试范围是 200 - 1000 MHz。电磁 织物的 95 - 99.99%(15 - 40 dB),并问被发现是最有效的材料。 的方法和材料是适合生产定制的、灵活的、轻量级和多孔导电织物电磁 或功能电子应用程序,包括比表面积高导电材料。近年来，在国内研究者对纳米技术的研究也日益活跃，其中为了促使 GF/EP具有更加广泛的应用领域，许多研究学者尝试将纳米材料掺杂到 GF/EP 复合材料中以提高复合材料的力学性能及摩擦磨损性能等。除外, 对环氧树脂增强相的研究目前主要集中在 T iO2、SiO2、A l2O3、Si3N4、CaSiO4 等材料上。 Ng等证明, 用纳米 T iO2 代替其微米级颗

9、粒可使环氧树脂复合材料的抗擦伤能力大大提高。Z. Zhang 等纳米 T iO2 的体积分数在 4% 6%时环氧树脂复合材料的耐磨性最优。M. Q. Zhang 通过对纳米 SiO2 填充环氧树脂的研究低含量 (体积分数 2% )的纳米级颗粒可同时降低环氧树脂的摩擦系数, 提高抗磨性能。 S.Lu 等将纳米SiO2- T iO2 颗粒 (质量分数 1. 95% 2. 65% )与环氧树脂以共价键形式结合,复合材料的冲击强度与拉伸强度为纯环氧树脂的 2 3 倍, 磨损量较纯环氧树脂降低 58%, 摩擦系数也随着纳米颗粒含量的增加而降低G. Shi 等纳米 Si3N4(含量通常 ? 1%, 体积分

10、数 )填充环氧树脂可大大降低摩擦系数和磨损率, 提高抗热变形能力, 材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度随填料含量的增长而提高, 高的压力与摩擦温度下, 在滑动面上可形成一层自润滑薄膜。B. W etzel 在环氧树脂中填充微米 Ca-SiO3 和纳米 Al2O3(体积分数 1% 2% ), 实现了提高耐磨性和材料刚度的协同效果, 耐磨性能可增大 3 倍。在研究中发现，在环氧树脂基体中同时加入纳米粒子及 时，可获得性能优于加入单一填料时的摩擦磨损性能的材料，但是当纳米粒子含量增加时，会降低纳米粒子在环氧基体的均与分散，不利于复合材料摩擦磨损性能的改善。同样的，在纳米粒子/环氧树脂复合材料中增加

11、的含量也会有同样的变化趋势。此次研究中，根据纳米粒子及与环氧树脂复合的特点，确定一种优越的比例含量，使复合材料的粘合性能、摩擦磨损性能处于一种比较好的状态。课题设计（或研究）的内容本课题系金属包装的范畴，是以聚合物基纳米复合涂层为研究对象，研究其耐磨性能，要求学生从高分子、材料学及包装工程的观点出发，运用包装工程专业的系列知识，综合运用材料学、高分子、包装工程学等相关学科知识，完成对纳米粒子协同填充碳 增强环氧复合涂层的 及其性能。研究内容主要包括：当前国内外碳/EP 复合涂层的研究及应用现状调研相关资料整理（3）纳米粒子协同填充碳增强环氧复合涂层的及其性能（4）（30000 字左右）、英文翻译（10000 字符左右）（5）400 单词中英要设计（或研究）方法按照任务书要求，查阅相关资料及网络资源文献，及运用自身所学所见进行概括总结，得到需资料；实地实验总结。实地到相关公司实习了解，结合自己所学得到的资源去认识一些相关技术在实地生产运用中的基本情况，联系实验完善研究的一些数据资料；以相关资料文献为基础，结合实验及实地学老师的指导下完成