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KFRP在盐水环境下腐蚀与摩擦磨损性能研究及寿命预测

作　者: 任哲
导　师: 张东兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: KFRP 海水腐蚀摩擦寿命预测
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

KFRP（Kevlar Fiber Reinforced Plastic,KFRP）以其优异的性能广泛应用在航天、军事等领域,但KFRP制品及构件在船舶上的应用较少,关于其在海水环境中的耐腐蚀及摩擦性能的研究及相关报导尚少。因此KFRP在模拟海水中腐蚀和摩擦性能研究及寿命预测有着很重要的意义。本文在整理与分析国内外树脂基体复合材料在海水环境腐蚀的试验方法、腐蚀机制及磨损机理的基础上,选择盐度及温度作为材料腐蚀的主要因素,设计了模拟加速腐蚀试验。采用称重法测定了在不同温度（20℃,70℃,100℃）下不同盐度（0%,3.5%,5%）的盐溶液下两种配方的KFRP的吸湿率变化,利用差热分析来分析腐蚀前后KFRP的热学性质,借助傅里叶红外光谱分析及腐蚀溶液的GC-MS分析来判定腐蚀前后,聚合物基团的变化;通过腐蚀前后拉伸、弯曲强度、巴氏硬度的测定来分析腐蚀前后力学性能的衰减规律,根据摩擦磨损性能测试分析腐蚀对材料耐磨性造成的影响,通过SEM分析材料的表观形貌,微观结构的变化,最后根据经典阿累尼乌斯（Arrhenius）理论,建立热寿命方程,并确定常温试验与加速试验间的关联度问题。结果表明,综合不同填料含量配方的抗渗性及摩擦性能分析确定本试验MoS₂填料的含量为3%。通过不同温度不同盐度吸湿率分析发现,材料的吸湿率随着吸湿时间的延长,吸湿在一定的时间达到饱和,并且随着介质盐度的增大,相对吸湿率下降,表面形貌腐蚀严重;DTA曲线分析可得KFRP经腐蚀Tg下降,符合吸湿率升高的趋势,红外光谱分析及溶液GC-MS分析进一步证明了材料在盐水中发生了水解反应,存在有机小分子的溶出物,这也是在高温干湿循环后来吸湿率出现下降的原因;通过力学性能测试发现海水的腐蚀对力学性能造成衰减,并且通过对拉伸断口SEM照片可知腐蚀后基体与纤维界面脱粘;通过摩擦磨损性能实验及摩擦后表面的形貌分析讨论可得到,MoS₂填料的加入,降低了摩擦系数及磨损量,提高了KFRP的耐磨性,海水腐蚀使KFRP基体化学性质的变化并且表面形成腐蚀孔洞缺陷,加重了摩擦的破坏。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 海洋腐蚀的复杂性  10-11
  1.3 国内外关于海水对材料腐蚀的研究进展  11-17
    1.3.1 FRP 腐蚀行为的研究方法  11-14
    1.3.2 FRP 腐蚀的影响因素  14-17
  1.4 国内外关于FRP 耐摩擦性能的研究  17-20
    1.4.1 FRP 在摩擦系统中的应用  17-18
    1.4.2 FRP 的磨损机理  18-20
  1.5 本文主要研究内容  20-22
第2章 KFRP 在盐水中试验研究方案设计  22-32
  2.1 试验材料  22
  2.2 试验设备  22-23
  2.3 介质条件  23
  2.4 试验方案  23-31
    2.4.1 试件制备  23-25
    2.4.2 吸湿率的测定  25-26
    2.4.3 力学性能测试试验  26-28
    2.4.4 热学性能测试  28
    2.4.5 红外光谱分析  28-29
    2.4.6 气质联用分析  29-30
    2.4.7 摩擦磨损性能  30-31
    2.4.8 SEM 观察腐蚀及摩擦表面及断口形貌  31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 KFRP 在盐水中腐蚀性及耐磨性试验研究  32-53
  3.1 确定MoS_2 填料含量对基体表观形貌及摩擦磨损性能影响  32-35
    3.1.1 MoS_2 填料含量对基体表观形貌的影响  32-34
    3.1.2 不同含量MoS_2 对树脂浇铸体摩擦磨损性能影响  34-35
  3.2 不同条件下树脂浇铸体及其KFRP 复合材料的吸湿特性  35-39
    3.2.1 常温干湿循环KFRP 的吸湿特性  35-36
    3.2.2 70℃树脂浇铸体及KFRP 的吸湿特性  36-38
    3.2.3 100℃浇铸体及KFRP 的吸湿特性  38-39
  3.3 树脂浇铸体热学性能分析  39-41
  3.4 树脂浇铸体红外光谱分析  41-42
  3.5 溶液中的有机物的GC-MS 分析  42-44
  3.6 KFRP 的静态力学试验  44-47
    3.6.1 拉伸性能试验  44-45
    3.6.2 弯曲性能试验  45-46
    3.6.3 巴士硬度试验  46-47
  3.7 KFRP 的摩擦磨损性能试验  47-48
    3.7.1 腐蚀对KFRP 摩擦系数及磨损率造成的影响  47-48
  3.8 KFRP 腐蚀后的SEM 分析  48-52
    3.8.1 KFRP 试样腐蚀表面形貌分析  48-50
    3.8.2 KFRP 试样摩擦表面形貌分析  50-51
    3.8.3 断口形貌测试结果与分析  51-52
  3.9 本章小结  52-53
第4章 KFRP 在海水环境下寿命预测方程的建立  53-59
  4.1 腐蚀寿命预测的必要性  53
  4.2 腐蚀寿命预测的方法  53
  4.3 热寿命方程的建立  53-55
  4.4 常温试验与加速试验关联度的确定  55-56
  4.5 寿命预测  56-58
  4.6 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-66
致谢  66

KFRP在盐水环境下腐蚀与摩擦磨损性能研究及寿命预测

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