路用耐磨型環氧樹脂材料性能研究

代劍鋒 陳 誠 徐建暉

(重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400060)

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路用耐磨型環氧樹脂材料性能研究

代劍鋒 陳 誠 徐建暉

(重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400060)

采用自制增韌改性環氧樹脂為主劑，添加粒徑為300目微硅粉，制備耐磨型改性環氧樹脂，對其拉伸強度進行了檢測，并研究了耐磨型環氧樹脂對力學性能及耐磨性能的影響，為今后同類工程提供參考。

環氧樹脂，增韌劑，漆輪磨耗儀，耐磨性能

隨著高新技術的不斷發展，環氧樹脂作為一種性能優良的高分子材料，已成功運用于電子、電器、建筑、道路等各個行業。在道路業中，環氧樹脂以其粘結性能強、收縮率小、強度高、附著力好等優點，主要應用于道路防滑及養護領域。但作為一種反應型材料，環氧樹脂在固化后存在內應力大、質脆、疲勞性能差等不足，在道路領域的運用中，集中體現為耐磨性能差，路面磨損嚴重，最終產生裂縫、剝落等現象，降低了道路使用壽命、影響道路功能性、增大交通安全隱患。

為增強環氧樹脂耐磨性能，向環氧樹脂中添加具有一定特征的剛性顆粒，是目前較為常見并有效的方法。本文將采用自制增韌改性環氧樹脂為主劑，添加粒徑為300目微硅粉，制備耐磨型改性環氧樹脂，并研究其對環氧樹脂力學性能及耐磨性能的影響。

1 試驗

1.1 材料組成及儀器

耐磨型改性環氧樹脂材料組成為：環氧樹脂、增韌劑、300目微硅粉、固化劑和適量助劑。

主要試驗儀器：微機控制電子萬能試驗機、漆輪磨耗儀、電子分析天平、掃描電子顯微鏡(SEM)。

1.2 試樣制備

拉伸試樣制備程序如下：將環氧樹脂、增韌劑及助劑按比例添加混合后，攪拌均勻，制備成增韌改性環氧樹脂；300目微硅粉按環氧樹脂質量的0%，5%，10%，15%，20%，30%分別添入增韌改性環氧樹脂中，攪拌均勻后，分別將混合物注入模具中，固化7 d，脫模，制成符合規范要求的標準拉伸試樣。

耐磨試樣制備程序如下：按上述方法制備增韌改性環氧樹脂混合物，隨后分別將混合物等質量涂刷在φ120 mm的磨耗試驗托盤中，固化7 d后，即得磨耗試驗試樣。

1.3 性能檢測

材料力學性能試驗方法及技術指標按照GB 1040—2006塑料拉伸試驗方法中規定進行。耐磨性能試驗及技術指標按照GB/T 1768—2006色漆和清漆耐磨性的測定 橡膠旋轉砂輪法試驗方法來進行。

2 結果與討論

2.1 拉伸強度

將不同質量分數的微硅粉(按環氧樹脂質量的0%，5%，10%，15%，20%，30%)加入環氧樹脂中，分別進行力學性能試驗，檢測其拉伸強度。

由圖1可知，隨著微硅粉含量的增加，環氧樹脂拉伸強度先增加，后減小，整體變化浮動不大，而當微硅粉添加量為20%時，拉伸強度達到最大值9.6 MPa。微硅粉中主要成分為SiO2，當微硅粉少量摻入環氧樹脂中時，微硅粉分散較為均勻，加上微硅粉中微粒粒徑較小，比表面積和空隙率較大，表面層內原子所占比例較大，樹脂基體能部分進入到微粒中，因此可以與環氧樹脂很好的吸附、鍵合，增強了環氧樹脂與微粒之間的界面粘合，因此其拉伸強度得到提升。當微硅粉摻量持續增加，微粒之間產生團聚現象，無法分散均勻，最終導致拉伸性能降低。

2.2 耐磨性能

將不同質量分數的微硅粉(按環氧樹脂質量的0%,5%,10%,15%,20%,30%)加入環氧樹脂中，分別進行耐磨性能檢驗，檢測其在規定要求下磨損值。試驗結果見圖2。

由圖2可知，隨著微硅粉含量的增加，基體的磨損值先減小后增高，在添量達到20%時，磨損值為最低，對應其耐磨性達到最佳狀態。當微硅粉添加量小于20%時，微硅粉在基體中能較為均勻的分散，當基體受到一定磨損后，微硅粉顆粒逐漸凸出，由于微硅粉顆粒硬度很高，起到了保護基體作用；另外，微硅粉中的顆粒也能與基體中的部分高分子鏈相結合，形成一種交聯結構，在基體受到應力作用時，應力可均勻的分布。綜合以上兩種因素，微硅粉含量增加，基體磨損值逐漸減小，耐磨性能顯著提升。當微硅粉添加量大于20%時，微硅粉顆粒不能均勻分散于基體中，并產生團聚現象，形成多相體系，引起應力集中等缺陷，最終導致耐磨性能降低。

2.3 表面形貌

為進一步分析添加微硅粉后試樣耐磨性能提升的原因，需進行掃描電子顯微鏡(SEM)實驗。由于掃描電子顯微鏡(SEM)是介于透射電鏡和光學顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質性能進行微觀成像，具有更高的放大倍數、更寬的視野范圍、能最直觀顯示樣品表面細微結構。因此在材料表面形貌的研究中，必須進行掃描電子顯微鏡(SEM)試驗。本文擬將微硅粉添量為20%與30%的試樣進行SEM試驗，檢測結果見圖3,圖4。

當微硅粉添量達20%時，圖3中顯示其斷面相對均勻，斷面形貌中分散相粒徑約為6 μm～8 μm，微硅粉可相對均勻地分布在環氧樹脂中；當微硅粉添量達30%時，圖4中斷面粗糙，可見到較明顯分散相不均勻，粒徑變大，伴隨團聚現象。

由于剛性填料在環氧樹脂內部分散的均勻程度與該材料填料耐磨性能關系密切，因此，當剛性填料分布不均勻時，易發生團聚現象，導致相分離，其內部應力不均，降低材料力學性能；但當剛性材料在環氧樹脂內部均勻分散時，能在材料內部形成較強的鍵合作用，能有效傳遞應力和吸收沖擊能，當受到摩擦作用時，剛性填料在磨損過程中起到抵御磨耗的作用，由于剛性填料的加入使得環氧樹脂形成多相體系，當環氧樹脂受到摩擦作用而產生熱應力時，剛性填料可吸收部分熱量，阻止應力場的相互作用，提高環氧樹脂的柔韌性，從而增強環氧樹脂的耐磨性能。因此綜合圖2可知，當微硅粉填料達20%時，環氧樹脂耐磨性能達到最佳。

3 結語

1)在環氧樹脂體系中添加剛性無機填料微硅粉(300目)進行物理改性后，其耐磨性能得到提高；2)當微硅粉(300目)的質量分數為20%時，環氧樹脂的力學性能最優，磨損量最少，耐磨性能最好；3)通過掃描電子顯微鏡(SEM)對環氧樹脂表面進行觀察，當微硅粉(300目)的質量分數為20%時，其表面形貌良好、分相均勻、無團聚，耐磨性最好。

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The properties research on road wear resistance epoxy resin

Dai Jianfeng Chen Cheng Xu Jianhui

(ChongqingZhixiangCausewayTechnologyEngineeringLimitedCompany,Chongqing400060,China)

Using the self-made toughening modified epoxy resin as the main agent, add the particle as 300 item micro silicon powder, preparation of wear resistance modified epoxy resin, tested the tensile strength, and researched the influence of wear resistance epoxy resin to mechanical properties and wear resistance performance, provided reference for future similar engineering.

epoxy resin, toughening agent, paint wheel abrasion tester, wear resistance

1009-6825(2017)18-0098-03

2017-04-11

代劍鋒(1989- )，男，助理工程師

TU502

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