路用耐磨型环氧树脂材料性能研究

代剑锋陈诚徐建晖

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400060)

路用耐磨型环氧树脂材料性能研究

代剑锋陈诚徐建晖

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400060)

采用自制增韧改性环氧树脂为主剂，添加粒径为300目微硅粉，制备耐磨型改性环氧树脂，对其拉伸强度进行了检测，并研究了耐磨型环氧树脂对力学性能及耐磨性能的影响，为今后同类工程提供参考。

环氧树脂，增韧剂，漆轮磨耗仪，耐磨性能

随着高新技术的不断发展，环氧树脂作为一种性能优良的高分子材料，已成功运用于电子、电器、建筑、道路等各个行业。在道路业中，环氧树脂以其粘结性能强、收缩率小、强度高、附着力好等优点，主要应用于道路防滑及养护领域。但作为一种反应型材料，环氧树脂在固化后存在内应力大、质脆、疲劳性能差等不足，在道路领域的运用中，集中体现为耐磨性能差，路面磨损严重，最终产生裂缝、剥落等现象，降低了道路使用寿命、影响道路功能性、增大交通安全隐患。

为增强环氧树脂耐磨性能，向环氧树脂中添加具有一定特征的刚性颗粒，是目前较为常见并有效的方法。本文将采用自制增韧改性环氧树脂为主剂，添加粒径为300目微硅粉，制备耐磨型改性环氧树脂，并研究其对环氧树脂力学性能及耐磨性能的影响。

1 试验

1.1 材料组成及仪器

耐磨型改性环氧树脂材料组成为：环氧树脂、增韧剂、300目微硅粉、固化剂和适量助剂。

主要试验仪器：微机控制电子万能试验机、漆轮磨耗仪、电子分析天平、扫描电子显微镜(SEM)。

1.2 试样制备

拉伸试样制备程序如下：将环氧树脂、增韧剂及助剂按比例添加混合后，搅拌均匀，制备成增韧改性环氧树脂；300目微硅粉按环氧树脂质量的0%，5%，10%，15%，20%，30%分别添入增韧改性环氧树脂中，搅拌均匀后，分别将混合物注入模具中，固化7 d，脱模，制成符合规范要求的标准拉伸试样。

耐磨试样制备程序如下：按上述方法制备增韧改性环氧树脂混合物，随后分别将混合物等质量涂刷在φ120 mm的磨耗试验托盘中，固化7 d后，即得磨耗试验试样。

1.3 性能检测

材料力学性能试验方法及技术指标按照GB 1040—2006塑料拉伸试验方法中规定进行。耐磨性能试验及技术指标按照GB/T 1768—2006色漆和清漆耐磨性的测定橡胶旋转砂轮法试验方法来进行。

2 结果与讨论

2.1 拉伸强度

将不同质量分数的微硅粉(按环氧树脂质量的0%，5%，10%，15%，20%，30%)加入环氧树脂中，分别进行力学性能试验，检测其拉伸强度。

由图1可知，随着微硅粉含量的增加，环氧树脂拉伸强度先增加，后减小，整体变化浮动不大，而当微硅粉添加量为20%时，拉伸强度达到最大值9.6 MPa。微硅粉中主要成分为SiO2，当微硅粉少量掺入环氧树脂中时，微硅粉分散较为均匀，加上微硅粉中微粒粒径较小，比表面积和空隙率较大，表面层内原子所占比例较大，树脂基体能部分进入到微粒中，因此可以与环氧树脂很好的吸附、键合，增强了环氧树脂与微粒之间的界面粘合，因此其拉伸强度得到提升。当微硅粉掺量持续增加，微粒之间产生团聚现象，无法分散均匀，最终导致拉伸性能降低。

2.2 耐磨性能

将不同质量分数的微硅粉(按环氧树脂质量的0%,5%,10%,15%,20%,30%)加入环氧树脂中，分别进行耐磨性能检验，检测其在规定要求下磨损值。试验结果见图2。

由图2可知，随着微硅粉含量的增加，基体的磨损值先减小后增高，在添量达到20%时，磨损值为最低，对应其耐磨性达到最佳状态。当微硅粉添加量小于20%时，微硅粉在基体中能较为均匀的分散，当基体受到一定磨损后，微硅粉颗粒逐渐凸出，由于微硅粉颗粒硬度很高，起到了保护基体作用；另外，微硅粉中的颗粒也能与基体中的部分高分子链相结合，形成一种交联结构，在基体受到应力作用时，应力可均匀的分布。综合以上两种因素，微硅粉含量增加，基体磨损值逐渐减小，耐磨性能显著提升。当微硅粉添加量大于20%时，微硅粉颗粒不能均匀分散于基体中，并产生团聚现象，形成多相体系，引起应力集中等缺陷，最终导致耐磨性能降低。

2.3 表面形貌

为进一步分析添加微硅粉后试样耐磨性能提升的原因，需进行扫描电子显微镜(SEM)实验。由于扫描电子显微镜(SEM)是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，具有更高的放大倍数、更宽的视野范围、能最直观显示样品表面细微结构。因此在材料表面形貌的研究中，必须进行扫描电子显微镜(SEM)试验。本文拟将微硅粉添量为20%与30%的试样进行SEM试验，检测结果见图3,图4。

当微硅粉添量达20%时，图3中显示其断面相对均匀，断面形貌中分散相粒径约为6 μm～8 μm，微硅粉可相对均匀地分布在环氧树脂中；当微硅粉添量达30%时，图4中断面粗糙，可见到较明显分散相不均匀，粒径变大，伴随团聚现象。

由于刚性填料在环氧树脂内部分散的均匀程度与该材料填料耐磨性能关系密切，因此，当刚性填料分布不均匀时，易发生团聚现象，导致相分离，其内部应力不均，降低材料力学性能；但当刚性材料在环氧树脂内部均匀分散时，能在材料内部形成较强的键合作用，能有效传递应力和吸收冲击能，当受到摩擦作用时，刚性填料在磨损过程中起到抵御磨耗的作用，由于刚性填料的加入使得环氧树脂形成多相体系，当环氧树脂受到摩擦作用而产生热应力时，刚性填料可吸收部分热量，阻止应力场的相互作用，提高环氧树脂的柔韧性，从而增强环氧树脂的耐磨性能。因此综合图2可知，当微硅粉填料达20%时，环氧树脂耐磨性能达到最佳。

3 结语

1)在环氧树脂体系中添加刚性无机填料微硅粉(300目)进行物理改性后，其耐磨性能得到提高；2)当微硅粉(300目)的质量分数为20%时，环氧树脂的力学性能最优，磨损量最少，耐磨性能最好；3)通过扫描电子显微镜(SEM)对环氧树脂表面进行观察，当微硅粉(300目)的质量分数为20%时，其表面形貌良好、分相均匀、无团聚，耐磨性最好。

[1] 丁雷，李国禄，薛跃腾.高耐磨环氧树脂的现状与发展[J].河北工业大学成人教育学院学报，2004,19(4)：19-21.

[2] 汤戈，王振家，马全友，等.纳米Al2O3粉末改善环氧树脂耐磨性能的研究[J].热固性树脂，2002,17(1)：4-8.

[3] 方其先，刘新宽，张英模，等.环氧树脂复合涂层耐磨性的研究[J].摩擦与润滑，1999(12)：59-60.

[4] 胡幼平，高辉，阎逢元，等.纳米ZnO/环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能[J].摩擦学学报，2003(5)：216-220.

[5] Shi Guang Zhand Ming-Qiu,Rong Min-Zhi.Klaus Friedrich;Tribological behavior ofnanometer Al2O3filled eposy ersin composites[J].Tribology,2003(5):211-215.

[6] 王玉果，王玉林，万怡灶.三维编织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究[J].摩擦学学报，2002(5)：189-192.

[7] 伞金福，朱宝亮，刘振民，等.环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究[J].摩擦学学报，2001(3)：101-106.

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

代剑锋(1989- )，男，助理工程师

TU502