地效飛行器用GF-EP復合材料表界面改性研究.pdf

1、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂(GF/EP)復合材料因其優(yōu)良的機械性能，比如高比強度、高比模量及易于加工性能等，被廣泛地應用于航空航天、汽車、造船、運動裝備等領域。近幾年，GF/EP復合材料在地效飛行器上的應用也越來越來受到人們的關注。
　　本文以地效飛行器上已被廣泛采用的GF/EP復合材料為研究對象，以提高或改善GF/EP復合材料的表界面特性為目標牽引，對其表界面進行了改性研究，并考察了微生物在具有不同浸潤性能的GF/EP復合材料表面的黏

2、附行為。開展的主要研究內容及所得結果如下:
　　利用差示掃描量熱法(DSC)對環(huán)氧樹脂(EP2008)/固化劑(EP2008-S)系統(tǒng)進行了配比優(yōu)化研究，結合膠液粘度和凝膠時間確定了EP2008/EP2008-S的配比為m(EP2008)/m(EP2008-S)=100∶20。動態(tài)DSC考察了優(yōu)化配比下EP2008/EP2008-S系統(tǒng)的非等溫固化動力學，利用n級反應模型和雙參數自催化反應模型分別模擬了其機理函數。結果顯示:Mál

3、ek法揭示了其自催化的特征，雙參數自催化反應模型能很好的模擬其固化過程。通過對固化過程中表觀活化能E的分析，得到的固化機理顯示，酚羥基對固化反應具有催化作用。
　　利用手糊方法制備了包含高含量γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)的GF/EP復合材料。結果表明:5wt％GPTMS的引入提高了復合材料的拉伸強度、玻璃化轉變溫度、硬度，降低了復合材料的摩擦系數、磨損量和水的吸附量。這主要是由于5wt％GPTMS的引入，提高了環(huán)

4、氧樹脂基體的交聯密度，以及玻璃纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面結合強度。但是，隨著GPTMS含量的提升，環(huán)氧樹脂基體的粘結能力下降，繼而帶來上述性能的下降。同時，當添加10％和15％的GPTMS時都發(fā)現了脆韌轉變現象，這主要是由于基體樹脂中自由體積的下降。另外，平衡含水量的大小也依賴于基體中極性基團的數量。
　　利用簡單方法在GF/EP復合材料上制備了具有可控粘附性的超疏水表面。依靠調節(jié)表面涂層中CaCO3和SiO2的含量，在經過噴砂、刻

5、蝕及表面修飾之后得到具有可變形貌的GF/EP復合材料。結果表明，GF/EP復合材料表面不僅實現了超疏水，而且其表面的粘附能力也實現了可控。如，“顯微鏡頭”表面具有很強的粘附性，它能保持住10μL的水滴，不管是翻轉90°還是180°，這類似于“玫瑰花效應”。而對于“碗形”表面，則呈現出極易滾動的“荷葉效應”，且水的滾動角降低至9°左右。同時，粘附功從34.7mN/m下降到7.9mN/m。值得注意的是，“碗形”表面比“顯微鏡頭”表面擁有更好

6、的耐熱及耐摩擦性能。
　　利用噴涂的方法制備了具有可控粘附性能的GF/EP復合材料超疏水表面。噴涂液主要由EP2008、EP2008-S、疏水性納米二氧化硅(HSNPs)和丙酮組成，通過簡單的調控噴涂液中HSNPs的濃度，得到了粘附行為可調的GF/EP復合材料超疏水表面。結果顯示，制備的超疏水表面在不同溶劑中，像水、甲苯、丙酮、四氫呋喃和乙醇中，均能保持良好的穩(wěn)定性。同時，超疏水表面在pH值1～14范圍內都保持幾乎不變的靜態(tài)接觸角

7、和滾動角，這說明制備的超疏水表面具有較好的耐酸堿性能。除此之外，樣品在室溫下儲存6個月之后，接觸角并沒有明顯的變化。值得強調的是，破壞的超疏水表面可以通過二次噴涂的方法實現超疏水特性的再修復。
　　微生物粘附給船舶行業(yè)和工程實施帶來了極大的經濟損失和安全隱患。本文針對不同的微生物，對不同浸潤性能材料表面的黏附能力進行了對比考察。結果表明，不同的微生物對材料表面的黏附能力是不同的。對于綠膿桿菌來說，在親水、疏水和超疏水的GF/EP復