高速載運裝備服役于廣域多環境和變工況強耦合下,對裝備表面涂裝材料的耐候性、防腐蝕和耐磨損性能提出了更為嚴苛的要求。環氧樹脂涂料因具有力學強度高、化學穩定性好、金屬附著力好、收縮率低、吸水率低和絕緣性等最基本的特性而受到現代工業、裝備制造業等的青睞,但普通環氧涂料存在著空間結構孔隙率高、硬度低、裂紋擴展阻力差,且氧氣、水和氯離子容易通過孔隙擴散到金屬/涂料界面,降低涂料的屏障性能和附著力,加速涂料性能衰退。
基于此,西南交通大學材料服役行為與安全評價團隊在《中國表面工程》2024年第37卷第5期發表研究論文《玄武巖&聚脲復合纖維增強水性環氧樹脂涂層的磨/蝕性能 》,綜合聚脲納米纖維和玄武巖纖維的結構與性能優勢,利用聚合物原位生長技術在玄武巖纖維表面均勻包覆聚脲納米纖維,研制玄武巖&聚脲復合纖維(PU@BF),并作為填料增強相與環氧樹脂共混得到復合涂層,解決環氧樹脂涂料力學性能、防腐蝕和抗磨損性能不足的問題。
01 引用格式 樊小強,陳仕鵬,黃宇,蔡猛. 玄武巖&聚脲復合纖維增強水性環氧樹脂涂層的磨/蝕性能[J]. 中國表面工程,2024,37(5):102-111. FAN Xiaoqiang, CHEN Shipeng, HUANG Yu, CAI Meng. Composite Basalt & Polyurea Fiber as A Reinforced Skeleton to Enhance the Wear-corrosion Performance of Water Epoxy Coating[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(5): 102-111. 02 創新點 1. 利用聚合物原位生長技術在玄武巖纖維表面均勻包覆聚脲納米纖維,成功研制了玄武巖&聚脲復合纖維(PU@BF),并作為填料與樹脂涂料共混調制纖維增強型樹脂涂料; 2. 所研制的纖維增強型樹脂涂層力學性能提升近100 MPa、磨損率相較EP降低約78%、低頻阻抗值相比于玄武巖纖維增強相涂層提升了近兩個數量級; 3. 如此優異的防腐耐磨性能歸因于復合纖維提升了涂層的力學性能及其在摩擦過程中憑借“釘扎”效應有效限制了涂層表面裂紋的擴展;補了玄武巖纖維/涂層界面處的微缺陷,減少了腐蝕介質向內擴散的路徑。 03 重要結論 01 成功制備了納米級聚脲纖維接枝于玄武巖纖維的復合纖維材料,原位自聚合的納米級聚脲纖維均勻交織分布于玄武巖纖維上,單根聚脲納米纖維呈現不規則的棒狀結構并且緊密地貼合在玄武巖纖維的表面,具有良好的結合強度。 02 復合纖維增強相涂層保留了玄武巖纖維優異的物化性能,提升了復合涂層的力學性能,PU@BF(1526 MPa)在40 ℃下的儲能模量相比EP(1445 MPa)提升近100 MPa;在摩擦過程中的剝落現象得到抑制,摩擦過程中的接觸對象轉變為橫跨磨痕分布的復合纖維,摩擦副接觸面積由此降低,摩擦因數下降約0.6,磨損率相比EP降低了約4.5倍,這歸因于復合纖維提升了涂層的力學性能及其在摩擦過程中憑借“釘扎”效應有效限制了涂層表面裂紋的擴展。 03 玄武巖纖維表面生長的聚脲納米纖維有效填補了玄武巖纖維/涂層界面處的微缺陷,減少了腐蝕介質向內擴散的路徑,復合纖維增強型涂層低頻阻抗值相比于玄武巖纖維增強型涂層提升了近兩個數量級,鹽霧試驗21d后表面狀態完整無明顯腐蝕現象。 04 課題組簡介 論文主創 樊小強 工學博士,教授,四川省杰青、省QR計劃特聘專家、省專家服務團專家。兼任中國機械工程學會表面工程分會青年工作委員會委員;中國機械工程學會材料分會委員會委員;中國腐蝕與防護學會鐵道設施專業委員會委員;四川省腐蝕與防護學會理事會常務理事等。榮獲廣西科技進步一等獎(R3)、中國腐蝕與防護學會自然科學一等獎(R1)、溫詩鑄楓葉獎-優秀青年學者獎、全國鐵路青年科技創新獎、詹天佑鐵道科學技術獎-專項創新獎、全國鐵路青年安全生產示范崗、中國科學院院長優秀獎等榮譽。 團隊簡介 西南交通大學 材料服役行為與安全評價團隊 西南交通大學材料服役行為與安全評價團隊由國家級人才朱旻昊教授領銜,重點圍繞軌道交通、航空航天、核電風能、國防工業等高端制造領域的關鍵零部件的磨損、疲勞和腐蝕等服役行為,開展材料損傷機理、摩擦學設計、表面工程設計、防護材料研發、狀態監測、服役安全評價的研究,及相關計量檢測裝備研發制造。團隊現有教授2人、研究員1人,副教授/副研究員6人、博士后5人。團隊近年來獲得國家自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎、廣西科技進步一等獎、中國腐蝕與防護學會自然科學一等獎、四川省科技進步二等獎等一系列突出的創新成果,出版系列專著4部,并構建了完備的微動摩擦學理論體系,其中在微動磨損與微動疲勞等領域的研究處于國際領先水平。
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