温度对环氧树脂基复合泡沫材料力学性能的影响

空心玻璃微珠/环氧树脂(HGM/EP)作为保温隔热材料,在极端温度下的服役状态非常重要。采用注模成型法制备了HGM/EP复合材料,分别在20、40、60、80℃温度下对不同HGM填充量的复合材料进行准静态压缩实验,测定了压缩强度、弹性模量等力学参数,并结合SEM对其破坏形貌与机理进行分析。结果表明:适当添加HGM可以提高HGM/EP复合材料的力学性能。当HGM填充量为50%时,HGM/EP的压缩强度最大为46.3 MPa。HGM填充量为70%时,HGM/EP的弹性模量最大为1638.8 MPa。温度对HGM/EP复合材料的影响显著,20℃下HGM填充量较低时主要以环氧树脂基体弹塑性破坏为主。随着温度的升高和HGM填充量的增加,HGM破碎引发HGM/EP复合材料的脆性破坏。

海洋环境下短切玄武岩纤维增强空心玻璃微珠环氧树脂复合材料压缩性能研究

制备了不同短切玄武岩纤维(CBF)质量分数的环氧树脂/空心玻璃微珠-短切玄武岩纤维(EP/HGMCBF)复合泡沫材料。通过将复合泡沫材料试件置于水、海水和5倍化合物浓度海水环境中浸泡,研究了溶液腐蚀环境对试件压缩性能的影响,并结合扫描电镜照片及EDS能谱仪分析其原因。结果表明:试件的吸湿率随着纤维质量分数的增加先增大后减小,在纤维质量分数10%时吸湿率最大,且在水中的吸湿率大于海水,溶液中粒子浓度的增加会降低溶液的扩散系数。在溶液浸泡腐蚀环境中,EP/HGM-CBF复合泡沫材料其压缩性能均随CBF质量分数的增加而增加,CBF质量分数为30%时达到最大,压缩强度、压缩模量增加最大的为5倍化合物浓度海水,压缩强度比未添加CBF的试件增加28.4%。溶液腐蚀环境降低了试件的压缩力学性能,且在水环境和海水环境中,复合材料的破坏形式不同,水环境主要是树脂溶胀导致界面脱黏等物理破坏,而海水环境主要是Cl元素对界面结构溶解的化学破坏。

环氧树脂基复合材料的动态响应与吸能特性

为探究冲击荷载下空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的动态响应与破坏机制,本文采用落锤式冲击试验机对材料进行整体冲击实验,获得了不同冲击速度、不同微珠含量复合材料的破坏形态和冲击荷载-位移曲线,研究了峰值载荷、吸能量、比吸能及能量吸收率的变化规律,并引入弹性能密度和耗散能密度来分析材料的内部能量演化分配和破坏机制。结果表明,材料的破坏程度、峰值荷载、吸能量及比吸能具有明显的应变率效应。当微珠含量在10%时,峰值载荷为95 kN,比吸能为28.21 J/g,能量吸收率达到90%,储能极限为6.46 kJ/m^(3),显示出优良的抗冲击承载能力和能量吸收能力。由能量密度曲线可知,输入能量在应力峰值前以弹性能储存为主,应力峰值后耗散能密度急增,其冲击能量主要通过试件内部裂纹萌生、扩展及微珠破裂脱粘等损伤形式进行耗散。