高性能环氧树脂／碳纳米管复合物的热分析研究

用差示扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TGA)和动态力学热分析仪(DMTA)研究了多壁碳纳米管(MWNTs)/高性能4,4′-二氨基二苯甲烷四缩水甘油环氧树脂(TGDDM)/4,4′-二氨基二苯基砜(DDS)复合物的热性能.Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa的非等温固化动力学研究发现,随着MWNTs含量的增加,复合物固化反应的活化能先减小后增大.TGA研究表明,MWNTs的添加对环氧树脂热稳定性影响很小.碳纳米管填充到TGDDM/DDS体系后,复合物的储存模量随着MWNTs含量的增加而增大,而玻璃化温度却随之减小.

PP/MWNTs和PP/OMMT复合材料的热降解动力学研究

采用熔融共混法制备了聚丙烯/多壁碳纳米管(PP/MWNTs)与聚丙烯/纳米有机蒙脱土(PP/OMMT)复合材料,利用热重分析法研究了PP、PP/MWNTs及PP/OMMT在氮气气氛中的热降解过程,并采用Kissinger及Ozawa方法研究了复合材料的热降解动力学及热降解表观活化能。结果表明,MWNTs和OMMT的加入均能显著提高PP基体的耐热性。PP/OMMT复合材料的热降解表观活化能高于PP/MWNTs复合材料。OMMT含量为2.5%时,复合材料的热稳定性最好。扫描电镜分析表明,MWNTs在PP基体中呈无序棒状形态,而OMMT呈现有序性较高的片层结构。

厚截面树脂基复合材料的温度场研究Ⅰ:模拟

研究了厚截面树脂基复合材料制造过程中的内部温度场发展变化。从含有非线性内热源的瞬态热传导方程出发 ,建立了用于分析复合材料热传导的有限元公式。以通用有限元软件包为基础 ,开发了能够模拟复合材料整个制造过程中复杂物理化学变化的软件。并用该软件对两种不同厚度树脂基复合材料的制造过程进行了模拟计算 ,发现现有的固化一般厚度复合材料的固化历程不适合固化厚截面复合材料。

基于混合动力学模型的橡胶压头硫化过程仿真

为了研究橡胶的硫化特性,对某橡胶压头硫化过程进行了有限元分析.结合未硫化橡胶、半成品橡胶和已硫化橡胶的热物性试验,建立了橡胶热物性参数与胶料状态、温度和硫化程度的关系式;根据3种温度下胶料的流变曲线,提出了一种混合动力学模型,并运用商业软件ABAQUS及其用户子程序UMATHT,对压头硫化模型进行数值计算;分析了压头在硫化过程中的焦烧、温度和硫化程度等参数,并研究了初始温度对压头硫化的影响.结果表明:所提出的混合动力模型、热物性参数表述模型可以更加精确地描述硫化过程中橡胶的动力学特性、热物性参数变化规律;压头初始温度与焦烧时间、硫化程度和温升速度近似成一阶线性反比例关系.

一种橡胶硫化有限元分析方法

提出一种橡胶硫化过程的有限元分析方法,考虑了热导率和比热容随温度和硫化程度的变化关系,分别采用Nth-order,Piloyan,Kamal-Ryan,Kamal-Sourour和Rafei五个动力学模型拟合试验所得的橡胶流变曲线,找出最佳动力学模型,采用无量纲参数并结合Arrhenius函数来描述诱导期。以洗衣机配件橡胶压头为例,运用ABAQUS软件及其用户子程序UMATHT对压头硫化模型进行数值计算,并分析了压头在硫化过程中的焦烧时间、温度和硫化程度等热性能参数。结果表明,所提出的方法是切实可行的,为橡胶制品的硫化工艺过程设计提供了一种较为经济实用的预估方法。

轮胎硫化过程数值分析及试验研究

为研究轮胎硫化特性,对其硫化过程进行了数值模拟.提出采用混合定律模型模拟橡胶-帘线复合材料的导热系数、比热容和密度的变化,分别采用三维热参数模型、混合动力模型和无量纲参数公式描述橡胶的热物性参数、硫化动力学特性和焦烧特性,运用ABAQUS软件对某子午线轮胎的硫化数值过程进行数值分析和试验研究.结果表明:数值结果与试验结果具有良好的一致性,最难硫化的部位在胎肩N600处;当胶囊厚度减小50%时,N600的焦烧时间缩短5.98%,工程正硫化时间降低了11.84%;当初始预热温度增加66%时,N600的焦烧时间缩短27.05%,此处的最高温度和工程正硫化时间变化不大;当蒸汽平均温度提高5%时,N600的工程正硫化时间降低9.29%,此处的焦烧时间和最高温度变化不大.

热分析动力学研究环氧沥青混凝土的固化条件

采用热分析动力学的方法确定了环氧体系的固化反应为自催化反应类型,利用非线性回归建立了环氧体系的固化反应模型,计算得到环氧体系的反应为1级与n级平行的自催化反应。根据其固化反应模型推算出了不同温度程序下环氧体系的反应时间和反应程度,从而为环氧沥青混凝土的施工以及最终开放交通的时间提供了重要的依据。研究结果表明,温度的升高可以大大缩短环氧体系的固化时间,建议在气温较高的季节进行施工;环氧体系完全固化所需的时间约为固化反应程度达到80%所需时间的3倍。结合马歇尔试验结果可知,当固化反应程度达到80%时,环氧沥青混凝土已具有较高强度,可以开放交通;当外界温度为30℃左右时,约需60 d可以达到80%的固化反应程度,进而可以开放交通。

基于有限元法的拖轮橡胶护舷硫化工艺

根据橡胶的热物性参数和流变试验结果,分别采用本文提出的抛物线模型以及经典线性模型和K-R模型描述其比热容、导热系数和硫化程度的变化,运用商业软件ABAQUS及其用户子程序UMATHT进行某拖轮橡胶护舷硫化-传热耦合分析,并研究气候条件、蒸汽温度对该护舷硫化特性的影响。研究结果表明:当前工艺的升温硫化时间可以减小17%;气候条件对护舷正硫化时间影响很大,最大相差13.4%;初始温度和蒸汽温度越高,橡胶的焦烧期越短,硫化越早完成,温度升高越快;所提出的方法切实可行,为橡胶护舷硫化设计提供了一种较经济实用的预估方法。

含铋催化剂对HTPB固化反应动力学的影响

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了三苯基铋(TPB)与三-(乙氧基苯基)铋(TEPB)对端羟基聚丁二烯-2,4-甲苯二异氰酸酯(HTPB-TDI)体系固化反应动力学的影响。测定不同催化剂体系的固化峰温,采用Kissinger法和Crane法分别计算其动力学参数,得出了相应的固化反应动力学方程。结果表明,加入催化剂后,HTPB-TDI固化温度降低,固化温差缩短。未加催化剂时固化反应的活化能为51.29kJ·mol-1,加入TPB和TEPB后活化能分别为46.43kJ·mol-1和40.14kJ·mol-1,TPB与TEPB均能降低固化反应的活化能,增大反应速率,从而降低反应温度,缩短固化时间。TEPB能使固化体系在34℃时的反应速率常数达到使用TPB作为催化剂时50℃的值,因此TEPB催化活性更大,可以用作室温催化剂。

粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼特征分析

利用动态力学热分析技术(DMTA)测试了粘弹性阻尼材料在与复合材料共固化前后的动态力学性能,并利用有限元分析方法考察了复合材料共固化、粘弹性阻尼层的厚度以及复合材料柔性层对共固化复合材料的阻尼特征的影响。结果表明,复合材料共固化过程中由于树脂渗透等原因,共固化复合材料的阻尼峰值仅为理想状态的54%左右且阻尼峰值所对应的温度向高温方向移动;增加粘弹性阻尼层的厚度以及在阻尼层附近插入柔性层不仅可以提高粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼峰值,而且可拓宽共固化复合材料的阻尼温域。

MAP-POSS改性不饱和聚酯树脂的固化反应

为改进不饱和聚酯(UP)树脂的性能,用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了甲基丙烯酰氧丙基笼形倍半硅氧烷(MAP-POSS)与通用 UP 树脂的共固化反应。UP、苯乙烯和 MAP-POSS 有较好的相容性,可共同固化,MAP-POSS 可均匀分散在 UP 基体中形成原位纳米分子复合材料。测定了固化动力学参数,建立了固化反应动力学数学模型。

笼型β-氨乙基-γ-氨丙基倍半硅氧烷/环氧树脂的固化过程与动力学

为提高环氧树脂的热性能,用动态DSC对笼型β-氨乙基-γ-氨丙基倍半硅氧烷(POAAS)/E-51环氧树脂体系的固化过程进行研究,表明N=0.5为最佳配比,固化反应放热峰值温度Tp为82℃,反应终了温度Tf为135℃。依据Kissinger方程求得固化反应的活化能为50.26 kJ/mol,依据Crane方程得固化反应级数为1.126,固化反应动力学的数学模型为da/dt=4.08×106exp(-50255/8.314T)(1-a)1.126。

含裂纹金属板复合材料胶接修补结构残余热应力分析

残余热应力会增大裂纹尖端的应力强度因子SIF,加快疲劳裂纹扩展速率,缩短修补结构的疲劳寿命。利用三维有限元方法,对含裂纹金属板复合材料胶接修补结构中的残余热应力进行了分析,利用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算了修复结构裂纹尖端的SIF。并以SIF为判据,讨论了补片铺层方向、固化温度、胶层的材料参数对修复结构残余热应力的影响。结果表明,[0°/45°/-45°/90°]s的铺层方式可有效降低残余热应力引起的SIF;残余热应力引起的SIF随着固化温度的升高而线性增加;胶层的材料参数及胶层厚度对残余热应力引起的SIF影响不显著。

含芳香酯基液晶基元环氧树脂固化动力学FTIR研究

应用DTA分析研究了含液晶基元的环氧化物—对羟基苯甲酸对苯二酚二缩水甘油醚与四种芳香胺类固化剂的固化行为 ,选择了 4,4’—二氨基二苯甲烷为固化剂。根据环氧树脂自催化固化反应模型和氨基氢等活性假设 ,利用傅立叶变换红外光谱法研究了液晶环氧 /4 ,4’—二氨基二苯甲烷体系在 90℃、12 0℃、140℃恒温固化时的动力学行为。结果表明 ,在反应程度低于 40 %时 。

超声电机用环氧摩擦材料固化动力学研究

应用差示扫描量热(DSC)技术研究了超声电机驱动用的TGDDM/MTHPA环氧摩擦材料的固化动力学.对添加了聚四氟乙烯(PTFE)、碳纤维、石墨、MoS2等填料的环氧摩擦材料固化体系在不同升温速率下得到的DSC曲线进行分析,运用Kissinger方程和Crane方程确定了体系反应级数和表观活化能,并将峰温Tp和结束温度Te外推至升温速率为零,得到理论固化温度Tcure和固化后处理温度Ttreat.结果表明反应级数与二甲基苄胺(DMBA)用量无关,约为0.90;表观活化能随着DMBA量的增加先降后升,用量为1.0%时达到最小;Tcure、Ttreat分别为130℃、153.8℃.按照上述优化配方和固化工艺制备的环氧摩擦材料装配行波超声电机(TRUMΦ-60)机械性能良好,使用寿命可达8000h以上.

聚磷酸铵处理竹基纤维复合材料的燃烧性能

通过热重和锥形量热仪，测试分析聚磷酸铵（APP）处理竹基纤维复合材料的燃烧特性。结果表明：竹基纤维复合材料的热解过程可分为四个阶段，其中200-350℃是热解的主要阶段；与未处理试样相比，APP处理试样的释热速度、释热总量、失重率、发烟总量等指标值均有下降，阻燃性能得到改善。

甘油对大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜热分解的影响

本文采用流延法制备了一系列甘油增塑、与海藻酸钠共混改性的大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜,并利用热重分析方法对这些复合膜的热分解性能进行了考察。热分解实验中,通过改变升温速率,研究甘油含量对大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜热分解性能的影响。从所得到的TGA和DTA曲线可知,大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜的热分解行为可以分为三个较明显的降解阶段。根据失重速率的变化确定热分解反应最剧烈的温度区间为420～630K,对此采用Coats-Redfern方法进行了热分解动力学分析,并得出该阶段为一级热分解反应的结论。通过动力学模型,可以计算得到这些复合膜热分解反应的动力学参数,如表观活化能和指前因子。实验结果显示,甘油的加入使复合膜更易热分解;计算也表明热分解活化能随着甘油量的增加而不断下降,降幅可达50%。

多氨基倍半硅氧烷改性环氧树脂E-51固化动力学及热性能

以氯甲基笼型倍半硅氧烷(CM-POSS)为原料,与乙二胺通过取代反应合成多氨基倍半硅氧烷(POSS-NH2),并通过红外光谱(FT-IR)对产物进行表征。采用动态差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TGA)研究多氨基倍半硅氧烷(POSS-NH2)/环氧树脂(E-51)/二氨基二苯基砜(DDS)和E-51体系的固化动力学和热性能。结果表明:杂化树脂的固化反应活化能较大,POSS-NH2的加入提高了固化杂化树脂的热性能。

笼型γ-氨丙基倍半硅氧烷/环氧树脂非等温固化动力学

用动态 DSC 研究了笼型γ氮丙基倍半硅氧烷/环氧树脂纳米杂化复合体系的固化过程、最佳配比与热稳定性能,并用 Ozawa 和 Kissinger-Akahira-Sunose 等转化率法研究了固化反应动力学。结果表明,该体系固化峰值温度为85℃,终了温度为118℃,最佳 NH_2与环氧基摩尔比为0.75,热分解最高起始温度为336～356℃。Ozawa 法更适合本体系的动力学分析,固化反应表观活化能为71.0765 kJ/mol,反应级数为0.9855级。

一种高温固化环氧树脂性能研究

研究了BC2526树脂的固化工艺、动力学参数、复合材料耐热性和力学性能。通过热分析确定了树脂的基本固化工艺,采用K issinger和Ozawa方法计算出树脂的表观反应活化能,其平均值为91.86kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为0.940。还讨论了碳纤维复合材料的耐热性和复合材料力学性能。