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

续表1.1 环氧树脂的应用

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】。