年产2000吨环氧树脂基纳米复合摩擦材料合成工艺设计毕业论文
2021-11-07 20:49:26
摘 要
环氧树脂是一种优秀的热固性工程材料，其具有良好的耐化学性，高模量和拉伸强度，并且加工简单，因此可以广泛用于水利，电子，家用电器，汽车，航空航天等众多领域。但是，环氧树脂也同时存在着固化产物性脆、耐冲击性差、易开裂、不耐疲劳、耐磨性差等缺点，导致在上述领域中的应用受到较大的限制。因此，研究人员尝试将环氧树脂与各种无机纳米填料结合起来，借此提高环氧复合材料的摩擦性能，从而有效地解决上述瓶颈。
本设计选用环氧树脂作为基体材料，利用精细化分散技术（超声分散、机械分散、高振荡气流分散等），将经表面化学修饰的功能性纳米氧化铝粒子分散至环氧树脂溶液中，之后经过脱除溶剂和粉碎研磨过程，制备出环氧树脂基纳米复合摩擦材料。同时对工艺里使用的超声反应釜进行设计计算，依托相关参考资料和行业标准，完成主要设备（超声反应釜，搅拌反应釜）装配图的绘制。
关键词：环氧树脂；纳米氧化铝；复合材料
Abstract
Epoxy resin is an excellent thermosetting engineering material, which has good chemical resistance, high modulus and tensile strength, and simple processing, so it can be widely used in water conservancy, electronics, household appliances, automobiles, aerospace, etc. field. However, epoxy resins also have shortcomings such as brittleness of cured products, poor impact resistance, easy cracking, fatigue resistance, and poor abrasion resistance, which leads to greater restrictions on the application in the above fields. Therefore, researchers try to combine epoxy resin with various inorganic nanofillers to improve the friction performance of epoxy composite materials, thereby effectively solving the above bottlenecks..
In this design, epoxy resin is used as the matrix material, and fine-dispersion technology (ultrasonic dispersion, mechanical dispersion, high-oscillation air flow dispersion, etc.) is used to disperse the surface-modified functional nano-alumina particles into the epoxy resin solution. After removing the solvent and crushing and grinding, an epoxy resin-based nano composite friction material is prepared. At the same time, the design calculation of the ultrasonic reactor used in the process is carried out, and the assembly drawings of the main equipment (ultrasonic reactor, stirred reactor) are completed based on relevant reference materials and industry standards.
Key Words: Epoxy resin; nano alumina; composite material
目 录
摘 要
Abstract
第1章 绪论
1.1 环氧树脂概述
1.2环氧树脂的用途及重要性
1.3 纳米复合材料 2
1.3.1纳米复合材料的定义 2
1.3.2纳米复合材料的制备 3
1.3.2.1物理分散 3
1.3.2.2化学分散 3
1.4本文研究背景及主要内容 4
第2章 工艺流程 6
2.1纳米氧化铝制备工艺 6
2.2修饰纳米氧化铝工艺 7
2.2.1表面活性剂改性 8
2.2.2偶联剂改性 8
2.3纳米复合材料合成工艺 9
2.4小结 10
第3章 物料及能量衡算
3.1物料平衡计算
3.1.1环氧树脂基纳米复合摩擦材料合成 11
3.1.2硅烷偶联剂KH550修饰纳米氧化铝 12
3.1.3 纳米氧化铝的制备 12
3.2热量平衡计算 14
3.2.1纳米氧化铝修饰过程中搅拌反应釜的热量衡算 14
3.2.2真空箱式干燥器热量衡算 15
3.5小结 18
第4章 设备选型及计算 19
4.1搅拌反应釜的设计计算 19
4.1.1计算依据 19
4.1.2计算过程 19
4.1.3釜体法兰联接结构 25
4.1.4搅拌装置 26
4.1.5零部件的选型设计 27
4.2氨水贮罐设计计算 30
4.2.1计算过程 30
4.2.2零部件的选型设计 32
4.3小结 35
第5章 工艺操作及安全
5.1工艺操作 36
5.2巡回检查制度 37
5.3检修安全技术规程
5.4小结 38
第6章 环境保护 39
6.1污染物排放标准
6.2废气处理 39
6.3废液处理 39
6.4固体废弃物处理 39
6.5小结 40
第7章 结论及优化建议 41
7.1超声反应釜的优化建议
7.2结论 41
参考文献 43
致 谢 45
绪论
1.1环氧树脂概述
环氧树脂是一种优秀的热固性工程材料，其具有良好的耐化学性，高模量和拉伸强度，并且加工简单，因此可以广泛用于水利，电子，家用电器，汽车，航空航天等众多领域【1】。但是，环氧树脂也同时存在着固化产物性脆、耐冲击性差、易开裂、不耐疲劳、耐磨性差等缺点，导致在上述领域中的应用受到较大的限制。因此，研究人员尝试将环氧树脂与各种无机纳米填料结合起来，借此提高环氧复合材料的摩擦性能，从而有效地解决上述瓶颈。
1.2环氧树脂的用途及重要性
环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是优于其他热固性材料的。所以它能够被应用于涂料、复合材料和胶粘剂等众多领域当中【2】，如下表：
表1.1 环氧树脂的应用
应用领域 | 用途 |
涂料 | 环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例，它能制成各具特色、用途各异的品种。其共性:① 耐化学品性优良， 尤其是耐碱性。② 漆股附着力强，特别是对金属。③ 具有较好的耐热性和电绝缘性。④ 漆膜保色性较好。 |
胶粘剂 | 环氧树脂对铝、钢、铁、铜等各种金属材料、玻璃、木材、混凝土等非金属材料以及酚醛、氨基、不饱和聚酯等热固性塑料都有优良的粘接性能，因此有万能胶之称。其中，环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。 |
续表1.1 环氧树脂的应用
应用领域 | 用途 |
电子电器材料 | 由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点，已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用，发展很快。主要用于: ① 电器、 电机绝缘封装件的浇注。② 广泛用于装有电子元件和线路的器件的灌封绝缘。已成为电子工业不可缺少的重要绝缘材料。③ 电子级环氧模塑料用于半导体元器件的塑封。④ 环氧层压塑料在电子、电器领域应用甚广。 |
工程塑料和复合材料 | 环氧工程塑料主要包括用于高压成型的环氧模塑料和环氧层压塑料，以及环氧泡沫塑料。环氧工程塑料也可以看作是一种广义的环氧复合材料。环氧复合材料主要有环氧玻璃钢(通用型复合材料)和环氧结构复合材料，如拉挤成型的环氧型材、缠绕成型的中空回转体制品和高性能复合材料。环氧复合材料是化工及航天、军工等高技术领域的一种重要的结构材料和功能材料。 |
土建材料 | 主要用作防腐地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料，加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等。 |
1.3 纳米复合材料
1.3.1纳米复合材料的定义
为了获取某种所需性能或者优秀的总体性能的由两种或两种以上的材料相复合而成的材料就叫做复合材料。复合材料由于综合性能良好，以及特殊性能的可设计性使得它能够被应用于各个领域中。而纳米复合材料就是复合材料的一种新的分支，它要求相合成的材料中至少有一种材料是在至少一维方向上以纳米量级存在的【10】。
1.3.2纳米复合材料的制备
纳米粒子在环氧树脂基体中能否分散均匀是衡量纳米复合材料制备的关键因素，因此，制备纳米复合材料时能否选择合适的分散处理方法是非常重要的。其分散处理的方法可以主要分为物理分散和化学分散【10】。
