中空玻璃微珠增强酚醛泡沫的压缩性能及热稳定性

为了改善酚醛泡沫（PF）的力学性能,通过模压成型制备了中空玻璃微珠（HGB）增强的PF复合材料,采用力学性能测试、热重分析和燃烧试验研究了HGB用量对复合材料压缩性能和热性能的影响,并对其增强机制进行了分析。结果表明：当HGB质量分数为树脂的10%时,增强PF的压缩比强度和压缩比模量达到最大值;经过硅烷偶联剂表面处理的HGB增强PF的压缩比强度和压缩比模量提高幅度较大。热重分析和垂直燃烧试验表明：HGB的加入降低了PF的热降解速率,使其热稳定性有所提高,阻燃性能略有下降。SEM、FTIR和EDS分析表明：HGB增强PF的破坏方式为泡孔受挤压破碎,并最终导致HGB脱粘或刚性破碎。HGB增强PF的泡孔密度增加、泡孔直径变小,HGB表面与树脂基体间界面粘结状况良好,在树脂基体中均匀分散。     

硼改性酚醛泡沫复合材料的制备与性能研究

为改善酚醛泡沫的耐高温性能,实验将适量的B2O3引入酚醛泡沫,经模压成型、固化后,制备出硼改性酚醛泡沫复合材料;研究了硼改性酚醛泡沫复合材料的微观结构,以及不同的硼含量对酚醛泡沫的压缩性能、耐高温性能的影响。结果表明,硼改性酚醛泡沫的压缩断裂特征为假塑性断裂模式;引入适量的B2O3,可改善树脂基体相的韧性,提高酚醛泡沫复合材料的压缩强度,当B2O3含量为质量分数4%时,酚醛泡沫的压缩强度最大,为10.14 MPa,比纯酚醛泡沫提高了5.18%。硼改性有利于酚醛泡沫的高温稳定性,酚醛泡沫的热分解温度和残碳率均随硼含量的增加而有所提高;当B2O3含量为质量分数7%时,酚醛泡沫的耐高温性能最优,其失重10%时的热分解温度为447℃,比纯酚醛泡沫提高了76.68%;其800℃下的残碳率为66.37%,较纯酚醛泡沫高出16.05%。     

对苯二胺改性酚醛泡沫的性能研究

采用对苯二胺改性酚醛树脂分子结构并对酚醛树脂进行发泡制得性能优异的改性酚醛泡沫。通过红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、GPC和旋转黏度计对改性酚醛树脂进行表征，结果表示对苯胺已经成功引入酚醛树脂分子结构中，改性树脂分子量提高了25%。对改性酚醛泡沫的吸水率、质量损失率、尺寸稳定性、热重、极限氧指数等进行测试，结果表明：改性泡沫的吸水率最低可达到4.28%;质量损失率最低可达到3.94%;尺寸稳定性明显提高；质量损失5%时的温度、热分解峰值温度和残碳率均有所提高；极限氧指数最高可达41.2。对苯二胺改性酚醛泡沫具有更优异的耐热性和阻燃性。     

羧基碳纳米管增强酚醛泡沫的压缩性能及热性能

研究了羧基碳纳米管(CNT-COOH)增强酚醛泡沫复合材料的制备工艺、微观结构、压缩性能和热性能,并结合红外光谱和泡沫在不同压缩应变下的变形破坏形貌,探讨了CNT-COOH对酚醛泡沫的增强机制。结果表明,CNT-COOH作为异相成核剂,使酚醛泡沫泡孔的平均尺寸减小,泡孔密度增大; 随着酚醛泡沫中CNT-COOH含量增加,CNT-COOH/酚醛泡沫复合材料的压缩模量和压缩强度提高。红外分析表明,CNT-COOH可能未与酚醛泡沫发生固化反应。CNT-COOH/酚醛泡沫复合材料在不同压缩应变下的SEM分析表明,CNT-COOH位于泡孔的孔壁上,并通过CNT-COOH/酚醛泡沫的界面传载作用承受了一定载荷,增强了泡沫的力学性能。热重分析和垂直燃烧试验表明,CNT-COOH作为稳定剂,降低了泡沫的热降解速率,使其热稳定性和阻燃性能均略有提高。     

氯化亚锡对阻燃体系复合酚醛泡沫性能的影响

以多聚磷酸铵、季戊四醇、氯化亚锡为原料组成膨胀型阻燃系统,研究氯化亚锡添加量对膨胀型阻燃系统复合酚醛泡沫的极限氧指数、燃烧热量释放速率、燃烧总热释放量、有效燃烧热量、耗氧量、烟气释放、有毒气体释放等的影响。研究结果表明阻燃体系复合泡沫的极限氧指数在72.8%~74.5%之间,展现出良好的阻燃性,阻燃体系对酚醛泡沫的阻燃符合气相阻燃的机理,并且在氯化亚锡添加量为1.5%时,阻燃体系复合泡沫的阻燃性能最优。     

三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

酚醛泡沫力学性能及其密度-力学性能模型研究

以多聚甲醛代替甲醛溶液制备高固含可发性酚醛树脂,在70℃发泡制备酚醛泡沫材料,研究了表面活性剂、固化剂和发泡剂对泡沫的密度、力学性能的影响。研究结果表明,在表面活性剂添加量为12%,固化剂添加量为30%,发泡剂添加量为5%时,制备的泡沫性能较优。通过Gibson-Ashby提出的泡沫塑料的力学性能与密度的关系模型,创建酚醛泡沫密度-力学性能模型,结果表明泡沫力学性能与密度呈现良好的指数关系,且间接拟合和直接拟合2种方法得出的模型指数基本相符。     

酚醛泡沫微观结构控制方法的初步研究

以苯酚、甲醛为主要原料合成了可发性碱催化酚醛树脂,并加入匀泡剂、发泡剂和固化剂制备了酚醛泡沫.通过电子扫面显微镜(SEM)观察了泡沫的微观结构,深入讨论了树脂合成过程中F/P配比、碱催化剂用量、水份含量及发泡过程中酸固化剂、改性剂等对泡沫微观结构的影响.结果表明:当F/P=2.0～2.5,碱催化剂用量为酚摩尔数的7％～10％时,树脂发泡过程具有起泡平稳、凝胶迅速的特点,得到泡沫的孔径细腻(50～55μm);当控制树脂水含量小于10％时,外加20％的改性剂,有效地改善了泡沫孔壁缺陷.     

蒙脱土改性炭泡沫复合材料

以酚醛树脂、BJO-0930酚醛微球为原材料,与适量蒙脱土混合,采用模压成型法制备出酚醛泡沫前驱体,在Ar气保护下进行800℃炭化处理,得到蒙脱土改性闭孔微球型炭泡沫复合材料。探讨蒙脱土对炭泡沫微观结构、压缩强度和热导率的影响。结果表明,蒙脱土改性炭泡沫复合材料的基体相与微球相结合更紧密,孔隙率降低;压缩强度提高到25.54MPa;热导率也明显降低,800℃下的热导率降为0.588W/(m·K)。     

泡沫玻璃砖超低温受压性能试验研究

泡沫玻璃作为液化天然气运输与储存设施的保温材料,至少应能承受其自重荷载。通过对泡沫玻璃砖常温和超低温下不同容重及制作精细程度的多组试件进行单轴受压性能试验,结合与常用建筑材料混凝土受力性能的对比,发现超低温下泡沫玻璃砖受力性能有所恶化且受压脆性明显,高容重与高制作精细程度有助于其强度提升。泡沫玻璃砖超低温受力性能明显不同于混凝土,实际工程中须考虑其受力特性的差异。     

玻璃纤维/酚醛树脂复合材料热响应预报方法玻璃纤维/酚醛树脂复合材料热响应预报方法

为研究航空复合材料在火灾环境下的热响应,考虑材料热解过程,建立了复合材料热响应方程组,推导了显式有限差分格式,研究了玻璃纤维/酚醛树脂复合材料内部瞬态热响应与碳化规律。结果表明:建立的非线性热响应方程组与计算方法能够预测玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的温度-时间历程,800 s时的受热表面温度达到了1048℃,背面温度为226℃,与实验值吻合较好;随着材料深度增加,材料达到热解温度所需的时间更长,材料密度下降速率随之降低,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略有不同,位置越深,剩余质量分数越小,碳化程度越高;随着时间推移,发生热解的材料比重增大,碳化范围逐步扩大,热解层厚度范围也逐渐扩大。      

短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温压缩性能

为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(SFRFRC)在213～398 K温度下的压缩性能进行测试。结果表明:在 213 K时,SFRFRC的压缩性能发生明显变化,已经由高弹态转变为玻璃态,而玻璃化转变温度在213～233 K之间。纤维体积分数和发泡率均对SFRFRC的耐低温性能有很大影响。短纤维的添加和适当改变发泡率都明显改善了SFRFRC在低温下的压缩性能。在定160 N和5 mm条件下,同一发泡率、不同纤维体积分数的SFRFRC,压缩永久变形随着纤维体积分数的增加而呈指数下降;而5 %纤维体积分数、不同发泡率的SFRFRC,压缩永久变形随着发泡率的增大而增大。      

玻璃纤维膨体纱织物热物理性能的实验研究

玻璃纤维是现代无机非金属材料中具有独特功能的材料,其来源丰富,价格便宜,具有强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,使其在热防护领域发挥不可比拟的作用.为提高玻璃纤维的热防护性能,首先采用自有知识产权的连续功能纤维束气流分散法,将玻璃纤维无捻粗纱制备成玻璃纤维膨体纱、玻璃纤维膨体花式纱及玻璃纤维膨体纱织物.其次,比较、分析了不同规格的玻璃纤维膨体纱织物的外观形态、力学性能、导热系数及热防护性能.研究表明:本实验制备的玻璃纤维膨体纱织物外观丰厚,且存在较多空隙,具备良好的蓬松性和热防护性能,其中,以膨体纱作为直接纬纱制备的织物热防护性能最好,手感最丰厚蓬松,与毡类制品最接近.     

织物增强相对复合材料冲击压缩性质的影响

分别采用材料试验机（MTS）和分离式霍普金斯压杆（SPHB）测试系统研究二维平纹层压复合材料（2DWCs）、三维正交复合材料（3DOWCs）和三维编织复合材料（3DBCs）在准静态和高应变率压缩载荷下的力学响应和破坏形态。通过应力-应变曲线研究三种织物结构增强树脂基复合材料的应变率效应、应变率敏感性和能量吸收性质。通过破坏形态研究三种织物增强树脂基复合材料的破坏机制。结果显示:三种复合材料都具有明显的应变率效应。面外压缩时,2DWCs的压缩刚度、强度及应变率敏感性都最高,而3DBCs最弱;但当应变率大于1 500 s-1后,3DBCs能量吸收能力最强,2DWCs能量吸收能力最弱;2DWCs增强相和3DOWCs增强相以剪切断裂形式为主,3DBCs增强相以"坍塌"压扁形式为主。面内压缩时,2DWCs的面内压缩刚度最大而面内能量吸收能力最弱,3DOWCs的面内压缩强度最高,3DBCs的断裂应变最大、面内能量吸收能力及应变率敏感性最高,2DWCs增强相以分层破坏为主,3DOWCs和3DBCs以端面膨胀破坏为主。      

三维连体织物格栅夹芯材料力学特性实验研究

以三维连体织物格栅夹芯材料为研究对象, 研究其在平压、 剪切载荷作用下的力学特性与破坏模式, 并考察格栅分布密度、 厚度和泡沫填充等对力学性能的影响, 揭示纤维芯柱间的协同作用。结果表明: 三维连体织物格栅复合材料及其夹芯材料平压及剪切性能随芯柱纬向间距的增大而减小; 三维连体织物格栅夹芯材料芯柱之间的协同作用随着芯柱纬向间距的增大而逐渐增大; 大厚度三维连体织物格栅复合材料平压破坏模式主要为芯柱失稳, 最终芯柱断裂破坏, 剪切破坏模式为芯柱受剪根部断裂。     

玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

为利用玻璃纤维提高木塑复合材料的综合性能,探讨玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料性能的影响规律,首先,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉表面进行了改性,并加入了一定量的玻璃纤维;然后,采用热压成型工艺制备了玻璃纤维-竹粉/HDPE复合材料;最后,考察了玻璃纤维含量对复合材料力学性能、热学性能及摩擦学性能的影响,并利用SEM观察材料的断面和磨损表面形貌。结果表明:当玻璃纤维含量为3wt%时,能显著提高竹粉/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度,与未添加玻璃纤维的复合材料相比,添加玻璃纤维后复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了19.41%和23.54%;在30~60℃温度范围内,复合材料长度-宽度方向上的线膨胀系数随着玻璃纤维含量的增加而明显减小,而同一复合材料的线膨胀系数随温度的升高而逐步增大;在氮气气氛下,随玻璃纤维含量的增加,竹粉/HDPE复合材料的摩擦系数先逐渐增大,而后基本保持不变,磨损率逐渐减小。所得结论显示玻璃纤维含量为3wt%~7wt%的木塑产品适用于建筑横梁(如凉亭或桥梁等),而玻璃纤维含量为7wt%~10wt%的木塑产品适用于高人流量场所(如公园或休闲绿道等)的地面铺装。