基于非线性热响应的玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸响应预报方法

为探究复合材料结构在火灾条件下的力学响应,建立考虑基体热解和纤维软化效应的复合材料热-拉伸响应模型,通过多维数组运算对非线性方程组进行求解,研究高温下玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的拉伸性能变化规律、预测玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在不同拉伸载荷和单侧热流工况下的失效时间。结果表明:建立的非线性热-拉伸性响应模型,能够有效预测乙烯基酯及玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在单侧恒定热流下的拉伸性能。通过模型预测曲线可知,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸强度随温度的下降主要分为两个阶段:第一阶段为其在玻璃化转变温度附近快速下降;第二阶段为材料基体完全玻璃化转变后,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸强度的缓慢下降。另外,随着拉伸载荷的增加,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料失效时间迅速缩短,且失效时间随拉伸载荷变化情况在不同热流密度下具有相同的趋势。在相同拉伸应力下,热流密度的下降可延长材料的失效时间。在80%室温强度的拉伸应力下,层合板在10 kW/m^(2)下的失效时间较75 kW/m^(2)延长了300 s。在10 kW/m^(2)条件下,施加拉伸应力低于50%室温强度时,层合板在长时间内不会发生失效。

玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在火灾条件下热解气体内压预报方法

聚合物基复合材料在高温环境下会发生热解反应,伴随着热解气体的产生,在材料内部形成气体压强。本文通过对UMATHT子程序进行二次开发,展开高温环境下复合材料基质热解与热解产物扩散的数值模拟,建立了复合材料内压预报模型,实现了传热方程、阿伦尼乌斯方程、达西定律、理想气体状态方程的耦合计算,模拟了75 kW/m^(2)热流作用下玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的内压变化。结果表明:该方法得到的压强预测值与试验值吻合较好,最大压强峰值误差约为4.68%,可有效预测玻璃纤维/乙烯基酯的内压变化趋势。各位置的压强达到峰值后开始下降,且影响因素不同。3 mm位置的压强下降受分解速率、渗透率、孔隙率共同影响;6 mm位置则是孔隙率增大与初始渗透率两者导致的;9 mm位置仅受初始渗透率的影响。

碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能研究

采用改性上浆剂对SCF-35S-48K碳纤维上浆,分析了上浆工艺对上浆碳纤维的表面形貌和碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能影响。复合材料的微观结构和层间剪切性能结果表明:上浆层对碳纤维起到了一定的保护作用,碳纤维表面平整、可加工性好,与树脂基体的界面黏结性好,复合材料的层间剪切强度达到68.18 MPa,比未上浆碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料高7.56%,满足复合材料应用要求。

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧

聚合物基复合材料的增韧一直是高分子材料领域研究的热点之一。文中从乙烯基酯树脂基体增韧、乙烯基酯树脂/玻璃纤维界面改性及增强材料结构和形式的优化三个方面对玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧进行了综述,介绍了各种增韧方法的机理和增韧效果,对这些增韧方法进行了评述,并分析了今后的发展方向。

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂抗冲击复合材料的研究

通过对抗冲击复合材料要求进行分析,给出了树脂基体设计中应该着重考虑的几个因素。选择乙烯基酯树脂作为抗冲击复合材料的基体树脂,通过配方设计、树脂改性、性能表征等试验方法,得出了抗冲击复合材料树脂基体的优化设计方法。研究结果表明,乙烯基酯树脂是制备抗冲击复合材料较合适的树脂基体,以它制备的玻璃纤维增强抗冲击复合材料的各项性能均能满足设计要求。

E玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的氙灯老化性能研究

考察了氙灯人工气候老化对E玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料性能的影响。采用静力学性能试验研究了老化对复合材料强度的影响;采用DMA分析了老化对复合材料储能模量和损耗模量、Tg、损耗因子tanδ的影响;采用FTIR分析了纯树脂和复合材料老化后的吸收峰和峰强的变化;采用SEM分析了老化对其损伤的影响、及损伤和疲劳应力间的关系。发现,氙灯人工气候老化的主要影响因素是紫外辐射;纤维促进了树脂基体的交联和降解。

玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基复合材料的热老化性能

对玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基复合材料进行了高温老化试验,分析了随着老化时间的延长,材料的表面形貌、巴氏硬度及力学性能的演变规律,同时采用傅立叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对老化前后复合材料的化学结构、表面元素含量及老化前后材料拉伸断面形貌变化进行了分析。结果表明,随着老化时间的增加,材料表面颜色不断加深,并出现龟裂和翘曲变形以及纤维凸出在表面;巴氏硬度保留率随着老化时间的延长呈现先增大后减小的趋势,在老化28 d时,巴氏硬度保留率下降4.3%;试样的拉伸强度保留率和弯曲强度保留率随着老化时间的延长,呈现先增大后缓慢降低的趋势,在老化28 d时分别下降6.14%和9.23%;试样在老化过程中没有新的物质生成,但其化学元素含量发生了变化,说明了复合材料发生了化学反应,其化学结构发生了变化;试样表面树脂脱落面积和空隙量逐渐增多;经过高温老化后的试样拉伸断裂后,整体断面形貌不规则,并且随着老化时间的增加,树脂含量逐渐减少。

玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯复合材料的加速光老化研究

研究了玻璃纤维增强溴化环氧乙烯基酯树脂复合材料(GFRC)光老化前后力学性能及其变化规律;用SEM和XPS对GFRC的表面微观形貌及元素变化进行检测分析;FTIR和同步热分析用来研究树脂光老化过程中的分子结构的变化规律和高温分解情况。结果表明,加速光老化之后GFRC的力学性能变化不大,有较好的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度保留率;加速光老化过程中GFRC表面的树脂发生较明显的变化,出现了颜色变深,树脂脱落等老化现象;由于玻璃纤维的存在阻止了GFRC内部树脂基体的进一步老化。

硅烷偶联剂改性对玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂复合材料力学性能的影响

为改善玄武岩纤维与乙烯基酯树脂的界面结合性能,分别采用质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的硅烷偶联剂KH550、KH560、A171对玄武岩纤维进行改性,采用模压成型工艺制备玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂复合材料。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪和万能试验机等对玄武岩纤维的表面微观形貌和化学结构以及复合材料的力学性能进行测试与分析。结果表明:经质量分数为1%的硅烷偶联剂KH550、KH560、A171改性后的玄武岩纤维和乙烯基酯树脂的界面结合最好,经改性后的玄武岩纤维增强复合材料相比于未改性的弯曲强度分别提高了16.71%、14.96%、13.59%;冲击强度提高10.13%、8.84%、7.41%。综合考虑实验结果,3种硅烷偶联剂对复合材料的改性效果从大到小依次为KH550、KH560和A171。

玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料在硫酸溶液中的腐蚀机理研究

采用称重法、电感偶合等离子发射光谱(ICP)、近红外光谱(NIR)、扫描电子显微镜(SEM)研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料(GF/VE)在不同温度的去离子水和硫酸溶液中的质量变化率、离子析出行为、树脂基体的水解行为以及腐蚀相态,并进一步分析了腐蚀机理。结果表明,在硫酸溶液中浸泡1800h时间内,仅在高温75℃浸泡的复合材料切割边缘封边处发现界面腐蚀,其他温度下腐蚀仅仅停留在树脂基体水平,纤维/树脂间界面仍然保持良好状态。

南海环境下乙烯基酯玻璃纤维复合材料拉伸性能

纤维增强复合材料由于其耐腐蚀性好、质量轻和比强度高等优点被广泛应用于海洋工程.研究真空灌注制作的乙烯基酯玻璃纤维复合材料在南海环境下,在室温和60℃高温的海水中浸泡不同时间的试样进行玻璃转化温度和拉伸强度测试.试验结果表明:材料的玻璃转化温度随着浸泡的时间增加而下降.其拉伸强度变化分为三个阶段:第一个阶段随时间增加而上升;第二阶段缓慢降低;第三个阶段以较快的速率降低.并给出了拉伸强度随浸泡时间变化三个阶段的指数拟合函数.从试验结果来看:乙烯基酯玻璃纤维复合材料具有很好的耐久性.

玻璃纤维乙烯基酯树脂复合材料的热响应预报方法

为研究玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料在火灾环境下的热响应,考虑其热解过程,建立了热响应方程组,利用有限差分法计算分析单侧热流作用下的材料内部温度-时间历程与碳化过程。研究结果表明:建立的非线性热响应方程组可有效预测玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料的温度-时间历程,与实验值吻合较好;随着加热时间增加,材料完全碳化,温度趋于稳定,材料温度-深度分布由非线性转变为线性;随着深度增加,玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料达到热解所需的时间更长,碳化过程变慢;热解反应区中不同深度位置的材料剩余质量分数在同一温度下不同,位置越深剩余质量分数越小,碳化程度越高。

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料基体固化体系的研究

采用差示扫描量热法（DSC）分析了不同固化剂配方体系的乙烯基酯树脂固化反应特征,研究了固化放热量、固化程度及其浇铸体力学性能的关系,并对模压和拉挤成型碳纤维复合材料的力学性能进行评价,结果表明联用固化剂可使固化温度范围变窄,提高固化放热量。放热量能基本反映树脂的固化程度,直接影响浇铸体及复合材料的力学性能。

乙烯基酯树脂及其炭纤维复合材料的湿热老化行为

结合乙烯基酯树脂(VE)浇注体在65℃和95℃蒸馏水中的湿热老化行为,对其炭纤维复合材料(CF/VE)的吸湿性、静态和动态力学性能进行了对比分析。结果表明,根据VE浇注体的吸湿特性,可将其复合材料的吸湿过程划分为基体吸湿为主和界面吸湿为主的两阶段;VE浇注体与其复合材料的弯曲强度的下降趋势一致,均与吸湿率的增加趋势相对应,但VE浇注体的弯曲模量下降较复合材料明显;VE浇注体及其复合材料玻璃化转变温度(Tg)的变化均随时间的延长而降低,并随吸湿达饱和而保持在一定值,但两者内耗峰的变化趋势刚好相反。

典型海洋环境碳纤维增强树脂基复合材料老化规律研究

目的研究典型海洋大气环境下碳纤维增强树脂基复合材料的老化规律。方法针对一种典型舰船用碳纤维增强树脂基复合材料,在青岛、厦门和三亚海洋大气环境下开展0.5、1、1.5、2a的自然曝晒试验。基于拉伸、弯曲和剪切强度等力学性能演变数据,采用灰关联分析方法构建环境损伤因子Rr,以综合评价其性能退化情况。结合形貌与傅里叶红外光谱,分析其老化损伤机制。结果及结论海洋大气环境下,碳纤维复合材料表层树脂发生老化降解,该过程主要源于酯基的水解,水解产物有多元醇类和多元羧酸类化合物等,这导致复合材料内部纤维外露,且随时间增加和纬度降低,表面降解减薄程度增大。各地的环境损伤因子Rr表明,经青岛和厦门长周期暴露试验后,在光氧老化和湿热老化等环境“损伤效应”主导作用下,其力学性能随时间呈下降趋势;三亚恶劣海洋环境则更早地对复合材料造成老化损伤,0.5 a起力学性能即单调下降。

碳纤维/乙烯基酯树脂单向复合材料拉挤工艺研究

本文系统研究了引发体系的组成及含量、三段模具温度、内脱模剂的含量和碳纤维体积含量对碳纤维 /乙烯基酯树脂复合材料拉挤工艺和拉挤复合材料性能的影响 ,确定了以上各参数的最佳范围 。

改性UHMWPE纤维/乙烯基酯树脂复合材料的研究

超高分子量聚乙烯纤维在过氧化物引发下,通过硅烷进行接枝改性。研究了改性纤维/乙烯基酯树脂复合材料的界面性能。采用层间剪切强度、扫描电镜、红外光谱(ATRIR)及浸润性测试等分析手段表征了接枝改性的效果。结果表明,经过硅烷接枝改性,改善了超高分子量聚乙烯纤维对乙烯基酯树鹰的浸润性,提高了纤维与基体之间的粘结性,使复合材料的层间剪切强度大幅度提高。

玻璃纤维增强回收聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的力学性能研究

用熔融共混法制备了玻璃纤维(GF)增强回收聚对苯二甲酸乙二醇酯(rPET)(rPET/GF)复合材料,研究了复合材料的力学性能并进一步利用Halpin-Tsai模型、Krenchel-COX模型和Kelly-Tyson模型探讨了GF的近程和远程结构与复合材料性能间的关系。结果表明,GF对rPET具有较为显著的增强、增韧效果。当玻璃纤维含量为30%(质量分数,下同)时,复合材料的冲击强度、拉伸强度以及弯曲强度分别提高了245%、113%和84%;长径比和取向度是影响rPET/GF复合材料性能的重要结构参数;Halpin-Tsai方程能够较好地描述rPET/GF复合材料中GF的有效长径比;而相比于Krenchel-COX方程,由Kelly-Tyson方程获得的GF的取向度更接近实验结果。

含磷POSS阻燃乙烯基酯树脂性能研究

将含磷POSS(DMPOSS)以5wt%、10wt%和15wt%的添加量添加到乙烯基酯树脂中,通过差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、锥形量热仪和扫描电镜(SEM)测试研究了DMPOSS对乙烯基酯树脂玻璃化转变温度、热稳定性和燃烧性能的影响。DSC测试结果表明:DMPOSS的加入能够明显提升乙烯基酯树脂的玻璃化转变温度。LOI测试结果表明:添加DMPOSS改性的乙烯基酯树脂的氧指数随DMPOSS含量的增加而逐渐升高。当添加15wt%DMPOSS时,乙烯基酯树脂的氧指数达到23.8%。锥形量热仪测试结果表明:DMPOSS的加入能够有效降低乙烯基酯树脂的热释放。当添加15wt%DMPOSS时,乙烯基酯树脂的热释放速率峰值降低了44.9%,总的热释放降低了30.4%。

乙烯基酯树脂复合材料的固化过程研究

复合材料固化是成型过程中关键步骤之一,涉及到模具设计,成型工艺确定等。本文采用等温DSC分别研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂,碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料和乙烯基酯树脂的固化过程。结果表明:玻璃纤维的存在加速了乙烯基酯树脂的固化速度,而碳纤维的存在使得乙烯基酯树脂的固化速度变慢,纤维增强材料的存在提高了树脂的固化度。