玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能及其理论分析

以环氧树脂(EP)为基体,空心玻璃微珠(HGM)为填料制备复合泡沫,并对其开展压缩、拉伸和低速冲击试验,探究不同微珠体积分数和冲击能量对微珠泡沫复合材料破坏形态、强度、模量和冲击吸能效应的影响.结果表明:当微珠体积含量从50％增加到75％时,微珠泡沫的抗压强度和模量分别降低了65％和55％,抗拉强度和模量分别降低了39％和30％,材料得到很大程度的轻量化.在43 J和49 J的冲击能量作用下,复合泡沫吸收的能量随着微珠体积分数的增大而增加,而当冲击能量进一步增大,微珠体积比为70％的复合泡沫比吸能(SEA)最高.过多微珠导致的团聚以及材料之间界面作用减弱对复合泡沫力学性能产生较大影响.基于复合材料细观力学理论,通过夹杂方法计算出微珠泡沫复合材料的有效模量,其理论值与试验值吻合较好.     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料,测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度.通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能,分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因.研究表明:环氧树脂老化后屈服极限有所降低,但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势.泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低,但添加HGM体积比高于20％的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加.     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料, 测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度。通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能, 分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因。研究表明: 环氧树脂老化后屈服极限有所降低, 但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势。泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低, 但添加HGM体积比高于20%的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加。     

空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料力学性能

对不同填充质量比的改性空心玻璃微珠(HGB)/环氧树脂复合材料进行了拉伸、压缩准静态实验。研究了改性空心玻璃微珠不同填充量对复合材料密度、弹性模量、拉伸强度和压缩强度的影响, 并分析其应力松弛。实验发现, 材料的各项数据随填充比增加均有所降低。空心玻璃微珠的填入使材料表现出脆性破坏, 但破坏前有较大的变形, 破坏后回弹率大, 说明玻璃微珠的填充增强了材料的弹性。HGB/环氧树脂复合材料具有明显的应力松弛现象, 且填充比越高, 应力松弛速率越大, 可见HGB/环氧树脂复合材料具有明显的黏弹性。      

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

浸泡腐蚀对玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲性能的影响

制备了不同纤维质量分数的玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料。通过三点弯曲试验研究了纤维质量分数对复合泡沫材料力学性能的影响。将复合泡沫材料试件置于蒸馏水和海水中浸泡,研究了浸泡腐蚀对试件弯曲性能的影响,并结合扫描电镜照片分析其原因。研究表明:纤维质量分数越高,玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料的吸湿率越大,且在蒸馏水中的吸湿率较海水中的更大。试件的弯曲强度随纤维质量分数增加而增大,当纤维质量分数为10%时达到最大,比未添加纤维的试件增强了51%,之后则随纤维质量分数增加逐渐降低。浸泡腐蚀降低了试件的弯曲性能,其中海水浸泡后的试件弯曲性能最低。玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲强度降低的直接原因是浸泡腐蚀使得部分玻璃微珠和玻璃纤维与环氧树脂基体间的界面层受到破坏。     

空心玻璃微珠增强环氧树脂复合材料的动态力学性能

通过对空心玻璃微珠（HGM）/环氧树脂复合材料进行动态力学分析（DMA）,给出了环氧树脂基体在不同频率下的动态力学温度谱,利用时温等效原理,根据位移因子构建了HGM/环氧树脂复合材料在室温下的储能模量和损耗模量的频率主曲线。分析了温度和频率、体积比和粒径对HGM/环氧树脂复合材料储能模量和损耗模量的影响规律,并结合SEM图像分析其影响机制。结果表明,随着HGM体积分数的增加,HGM/环氧树脂复合材料储能模量和损耗模量呈增大趋势;储能模量随温度升高而降低,损耗模量随温度的增加先增大后减小,在玻璃化温度附近形成一个峰值,HGM低于10%的配比有利于提高其动态力学性能。颗粒的团聚及界面的黏合均对HGM/环氧树脂复合材料的动态力学性能产生较大影响。     

泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧泡沫复合材料压缩及弯曲力学性能

制备了泡沫铝、泡沫铝-环氧树脂及含有不同体积分数空心玻璃微珠(HGM)的三种泡沫铝-HGM/环氧泡沫互穿相复合材料(IPC)。通过一系列准静态压缩实验, 观察了其变形形貌, 研究了其弹性模量、屈服极限、比强度及比刚度等力学性能与HGM体积分数的关系。通过三点弯曲实验, 研究了IPC的弯曲极限载荷、弯曲弹性模量等性能, 分析了其断口形貌与材料结构的关系。实验结果表明: 四种IPC的力学性能均较纯泡沫铝有大幅度的提高, 其中, 泡沫铝-环氧树脂的压缩和弯曲力学性能最好。随着复合材料中HGM体积分数增加, IPC力学性能逐渐缓慢降低。     

泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧泡沫复合材料压缩及弯曲力学性能

制备了泡沫铝、泡沫铝-环氧树脂及含有不同体积分数空心玻璃微珠(HGM)的三种泡沫铝-HGM/环氧泡沫互穿相复合材料(IPC).通过一系列准静态压缩实验,观察了其变形形貌,研究了其弹性模量、屈服极限、比强度及比刚度等力学性能与HGM体积分数的关系.通过三点弯曲实验,研究了IPC的弯曲极限载荷、弯曲弹性模量等性能,分析了其断口形貌与材料结构的关系.实验结果表明:四种IPC的力学性能均较纯泡沫铝有大幅度的提高,其中,泡沫铝-环氧树脂的压缩和弯曲力学性能最好.随着复合材料中HGM体积分数增加,IPC力学性能逐渐缓慢降低.     

环氧树脂复合泡沫材料的压缩力学性能

对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验, 研究了材料的宏观压缩力学性能, 并提出了弹性模量和屈服强度的预测公式。此外, 对压缩试件的断口进行了宏、细观观察, 研究了材料的压缩破坏机理。结果表明, 复合泡沫材料在压缩过程中, 具有普通泡沫材料的应力-应变曲线的典型特征, 在应变为2 %左右时材料发生屈服, 在应变大于30 %后发生破坏。此外, 材料的杨氏模量和强度均随密度的减小而下降, 预测公式给出的结果与实验值基本一致。压缩试件断口的宏、细观观察表明, 复合泡沫材料主要的破坏形式为剪切引起的弹塑性破坏。      

空心玻璃微珠填充环氧复合泡沫材料的制备及性能表征

通过优化试验，以大量空心玻璃微珠填充环氧树脂体系制备出了密度低、强度高的复合泡沫材料，并对其密度和水下声学性能进行了表征。结果表明，所研制的轻质高强复合泡沫材料密度在0．3～0．5g／cm^3之间，且在高静水压下具有良好声学性能。     

空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料模压成型工艺及性能

借鉴陶瓷材料模压成型工艺提出了适用于环氧树脂基固体浮力材料制备的真空辅助模压成型自由固化方法,实现了固体浮力材料制备过程中成型与固化环节的分离,为高性能固体浮力材料的制备提供了新方法。以环氧树脂(E-4221)为基体,空心玻璃微珠(Hollow glass microsphere, HGMS)做填充材料,采用模压成型自由固化方法制备高HGMS体积分数的HGMS/E-4221固体浮力材料,研究了HGMS体积分数、成型压力对HGMS/E-4221固体浮力材料密度、抗压强度、吸水率等性能的影响。结果表明,真空辅助模压成型自由固化方法适用于HGMS体积分数为65%~67%的HGMS/E-4221固体浮力材料制备,所获得的HGMS/E-4221固体浮力材料密度为0.621~0.655 g/cm3,适用深度可达到8 000~10 000 m。      

玻璃微珠/环氧树脂复合材料的动静态力学性能研究

玻璃微珠浮力材料是一种由空心玻璃微珠(HGB)和环氧树脂制造的二相复合材料。玻璃微珠材料因其具有低密度、高强度、吸水率低等特点被广泛应用于建材、航海、航天等领域。其静态力学性能已经得到充分地研究,但对其动态力学性能的研究尚不能满足工程应用需求。采用INSTRON电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)对HGB/环氧树脂复合材料进行了准静态/动态加载情况下的压缩、劈拉、伪三轴压缩实验。结果表明,HGB/环氧树脂复合材料具有较强的应变率敏感性。其抗压强度、劈裂抗拉强度随应变率增加而增加,表现出应变率增强效应。其破坏形式也存在应变率敏感特性,随着应变率的提高其脆性增加。对比单轴压缩及伪三轴压缩,发现材料在伪三轴压缩情况下较单轴压缩时抗压强度增强。     

空心微珠/环氧树脂高强浮力材料的性能及断裂分析

以环氧树脂为基体, 经硅烷活化处理的空心玻璃微珠(HGM)为填充剂, 制备了高强浮力材料。采用XRD、 FRIR分析了HGM的结构和硅烷处理效果, 通过密度测试和单轴静态压缩试验研究了HGM的类型和含量对浮力材料性能的影响, 利用SEM和吸水率试验研究了浮力材料的断裂特性和吸水性。结果表明: HGM为无定形结构; 硅烷分子接枝在HGM表面, 使得HGM与环氧树脂完好结合且两者界面没有间隙沟槽; HGM的较大比压缩强度有利于提高浮力材料的性能; 高强浮力材料密度为0.645~0.850 g/cm3, 抗压强度为60~93 MPa, 比压缩强度为92~112 MPa·cm3·g-1; HGM含量较少时, 浮力材料断裂表面HGM破裂处的基体环氧树脂有拖尾特征, HGM含量增多时, HGM的破坏程度不断增大直至完全破坏; 浮力材料具有较好的抗吸水性。      

空心玻璃微珠/全芳香族共聚酯复合泡沫的构筑及其热学性能

本研究将空心玻璃微珠(HGB)引入到全芳香族热固性共聚酯(ATPE)发泡体系中制备了HGB/ATPE复合泡沫,并研究了HGB的含量和泡沫性能对于复合泡沫体系的影响.当玻璃微珠改性后,HGB/ATPE复合泡沫的比强度为26.2MPa/(g·cm-3);HGB的加入也使复合体系热性能和阻燃性能有较大提高,HGB/ATPE复...     

废胶粉/空心玻璃微珠改性环氧树脂的结构与性能

研究了微波辐射改性废胶粉(WRP)、偶联剂改性空心玻璃微珠(HGM)对环氧树脂复合材料的结构和性能的影响.采用差示扫描量热、热重分析等方法进行测试和表征,用扫描电镜观察了复合材料的断面形态.结果表明,少量合适粒径的改性WRP可以提高环氧树脂复合材料的冲击强度,适量的改性HGM可以提高复合材料的T<,g>和弯曲强度,并改...     

空心微珠泡沫材料的导热性能研究

通过烧结空心微珠坯体的方法制备了超低容重空心微珠泡沫材料,研究了温度、样品的容重、开孔气孔率对导热性能的影响规律。结果表明,随着温度的升高,空心微珠泡沫材料的导热系数逐渐增大;材料中的封闭孔部分变成连通孔之后,材料的导热系数增大。空心微珠泡沫材料容重为146kg/m~3时,导热系数为0.054 W/(m·K),容重为100~600kg/m~3的样品,样品导热系数与容重之间的关系曲线为y=0.00023 x+0.028     

空心玻璃微珠/硬质聚氨酯泡沫复合材料的制备及性能

以空心玻璃微珠(HGM)为添加剂,采用一步法全水发泡制备了一系列HGM/硬质聚氨酯泡沫(RPUF)复合材料。通过SEM、TG、极限氧指数(LOI)和水平燃烧,研究了HGM/RPUF复合材料的泡孔结构、炭层形貌、热稳定性及阻燃性能。采用万能材料试验机测试了HGM/RPUF复合材料的压缩强度和压缩弹性模量。采用热重-傅里叶红外光谱(TG-FTIR)研究了HGM/RPUF复合材料燃烧过程中的气相产物。研究表明,HGM有成核剂作用,可以缩小HGM/RPUF复合材料泡孔孔径。HGM在燃烧过程中迁移到炭层表面,促进形成致密厚实的炭层。当加入5.4wt% HGM时,HGM/RPUF复合材料的压缩强度及压缩弹性模量分别提高至0.14 MPa和4.53 MPa,相对RPUF,分别提高了37.30%和67.16%。同时发现,HGM能明显抑制HGM/RPUF复合材料在燃烧过程中CO的释放,有效提高了其火灾安全性。      

非等温DSC法研究环氧树脂/空心玻璃微珠体系固化动力学

采用非等温差示扫描量热(DSC)法研究了空心玻璃微珠(HGB)填充环氧树脂/4,4′二氨基二苯基甲烷(EP/DDM)体系的固化反应过程,计算了固化体系的动力学参数,确立了固化工艺条件。结果表明:EP/DDM/HGB体系的表观活化能为51.21kJ·mol~(-1),反应级数为0.91;HGB的加入使固化反应的起始温度提前7~12℃,峰值温度提前4~6℃,并降低了固化体系的反应焓变。     

环氧树脂基复合泡沫材料的研究

以环氧树脂为基体,空心玻璃微珠为填充材料制备了具有高强度、低密度的复合泡沫材料。系统研究了固化剂用量,空心玻璃微珠的填充量、偶联剂的用量等对复合泡沫材料的力学性能的影响,并采用扫描电镜分析了复合泡沫材料的断口形貌。研究表明:随着空心玻璃微珠填充量的增大,复合泡沫材料的压缩强度和密度逐渐降低;偶联剂的加入能有效地改善环氧树脂与空心玻璃微珠之间的界面作用,从而提高力学性能。