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PE/PEO/PVC减阻复合材料及性能测试

作　者: 徐善进
导　师: 熊党生
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 减阻 复合材料 PEO 功能材料设计 减阻率 转盘式阻力测试仪
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


流体摩擦阻力的存在制约了水下武器装备(潜艇、鱼雷等)向高速、低噪声方向的发展。本文在研究聚氧化乙烯(PEO)稀溶液减阻特性的基础上，制备了有效降低流体摩擦阻力的减阻复合材料，其主要成分为低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)和PEO。 作者自行研制了高精度(±0.001N·m)转盘式阻力测试仪，能够通过圆盘转动产生高雷诺数的湍流流体并精确测量流体摩擦阻力，可用于研究聚合物稀溶液、减阻复合材料、减阻涂层和弹性体材料的减阻规律。本文利用转盘式阻力测试仪分别研究了PEO稀溶液和PE/PEO/PVC减阻复合材料的减阻特点以及雷诺数、浓度和时间对减阻效果的影响。通过力学性能测试、扫描电镜和红外光谱分析，探讨了减阻复合材料配方组成对材料力学性能、微观结构和减阻率的影响。 实验结果表明，当雷诺数低于4.5×10~5时，PEO稀溶液无明显减阻效果；当雷诺数在6～8×10~5范围内时减阻率达到最高，约为35％；当雷诺数高于9×10~5时，减阻率开始下降。PEO的最佳减阻效果出现在浓度为100ppm时，减阻率为22％～36％。因此，PEO稀溶液减阻呈现出临界雷诺数和临界浓度的特点。临界值受聚合物分子量大小的影响，分子量越大临界雷诺数越高，临界浓度越低。 所研制的减阻复合材料最大减阻率可达41％，并能在4～8×10~5雷诺数范围内实现30％以上的减阻率。PEO对材料的减阻性能起主要作用，其减阻率随PEO含量的增加而增大。一定含量的PVC提高了复合材料在高雷诺数时的减阻效果，但过多的PVC和PEO含量会降低复合材料的力学性能。复合材料试样在水中浸泡后，因PEO溶解而残留大量微孔，溶出的PEO分子链附着于材料表面，起到减阻作用；自然凉干后可形成一层PEO薄膜。但长时间的浸泡会造成PEO流失而降低减阻效果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-20
  1.1 引言  7-8
  1.2 减阻材料的研究概况及发展趋势  8-14
    1.2.1 减阻剂  8-11
    1.2.2 减阻涂层  11-12
    1.2.3 弹性材料  12-14
    1.2.4 减阻复合材料  14
  1.3 聚氧化乙烯的结构与性能  14-17
    1.3.1 物理性质  15-16
    1.3.2 化学性质  16-17
  1.4 PEO在减阻领域中的应用  17-18
    1.4.1 减阻剂减阻  17
    1.4.2 减阻涂层减阻  17-18
  1.5 本文研究的主要内容及意义  18-20
    1.5.1 研究内容  18-19
    1.5.2 研究意义  19-20
2 装盘式阻力测试仪的设计及减阻率测试  20-31
  2.1 减阻率测试方法概述  20-22
    2.1.1 管道内流压降试验  20
    2.1.2 水洞试验  20-21
    2.1.3 拖曳水池试验  21-22
    2.1.4 旋转圆盘阻力试验  22
  2.2 转盘式阻力测试仪的基本结构与工作原理  22-27
    2.2.1 阻力测试仪的基本结构  22-24
    2.2.2 阻力测试仪的工作原理  24-27
  2.3 减阻率的测试与计算  27-31
    2.3.1 雷诺数计算  27-28
    2.3.2 转盘阻力矩计算  28
    2.3.3 阻力系数计算  28-29
    2.3.4 减阻率计算  29-31
3.转盘条件下PEO稀溶液的湍流减阻特点  31-41
  3.1 引言  31-32
  3.2 减阻率测试  32-33
    3.2.1 PEO稀水溶液的配制  32-33
    3.2.2 测试试验  33
  3.3 结果与分析  33-40
    3.3.1 雷诺数对减阻率的影响  33-35
    3.3.2 PEO浓度对减阻率的影响  35-37
    3.3.3 PEO分子量对减阻率的影响  37-38
    3.3.4 转盘约束条件对减阻率的影响  38-39
    3.3.5 PEO稀溶液减阻机理的理解与探讨  39-40
  3.4 本章小结  40-41
4 PE＼PEO＼PVC减阻复合材料的制备研究  41-56
  4.1 引言  41
  4.2 减阻功能复合材料的设计  41-47
    4.2.1 设计思想  42-43
    4.2.2 设计原则  43-44
    4.2.3 设计方法  44-46
    4.2.4 配方设计  46-47
  4.3 实验原料  47-52
    4.3.1 低密度聚乙烯  48-50
    4.3.2 聚氯乙烯  50-52
    4.3.3 加工助剂  52
  4.4 材料的制备及测试  52-56
    4.4.1 实验设备  52-54
    4.4.2 材料制备工艺  54
    4.4.3 试样的成型加工  54-55
    4.4.4 减阻性能测试  55
    4.4.5 力学性能测试  55
    4.4.6 红外光谱分析  55
    4.4.7 材料形貌分析  55-56
5 性能测试与分析  56-78
  5.1 减阻性能测试  56-63
    5.1.1 试样处理  56
    5.1.2 减阻率测试  56-57
    5.1.3 结果与讨论  57-63
  5.2 力学性能测试  63-68
    5.2.1 拉伸试验  63-64
    5.2.2 洛氏硬度测试  64-66
    5.2.3 结果与讨论  66-68
  5.3 红外光谱分析  68-72
    5.3.1 红外吸收光谱介绍  68-69
    5.3.2 红外光谱结果讨论  69-72
  5.4 形貌分析  72-77
    5.4.1 表面形貌  72-75
    5.4.2 断面形貌  75-77
  5.4 本章小结  77-78
6 结论  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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