特种铝箔复合材料蔓延试验设计及剥离强度的研究.doc

特种铝箔复合材料蔓延试验设计及剥离强度的研究 赵南，平晓帆，李昂，靳松，周琦，于文男 （黑龙江省森林保护研究所，黑龙江哈尔滨150040） 摘要：特种铝箔复合材料是通过溶剂型粘合剂使铝箔薄膜与玻璃纤维基布复合而成。铝箔薄膜、粘合剂以及溶胶在高温情况下会对铝箔复合材料的耐热性造成影响。对铝箔复合材料在高温下的蔓延性试验进行了设计，在100、150、180等不同温度条件下，对铝箔复合材料的热稳定性，粘合剂的挥发、降解以及溶胶对铝箔复合材料界面粘接性能的影响等进行了研究。 关键词：铝箔复合材料；蔓延长度；剥离强度 ：X954：A TheStudyontheDesignofSpreadTestandthePeel StrengthoftheSpecialAluminumLaminatedCloth ZHAONan,PINGXiao?fan,LIAng,JINSong,ZHOUQi,YUWen?nan （HeilongjiangForestryDrotectionResearchInstitute,HarbinHeilongjiang150040,China） Abstract：Specialaluminumlaminatedclothisformedbyaluminumfilmwithsolandglassfiberfabricwhichispositebyanadhesive.Aluminumfilm，adhesiveandsolonthereactivityofthehotairwillaffecttheheatresistanceofaluminumlaminatedcloth.Thisprojecthasdesignedatestofspreadforaluminumlaminatedcloth.Thetestdesignedatdifferenttemperature100，150，180impactthatthethermalstability，adhesivevolatile，degradationandthesolinterfacialadhesionpropertiesofaluminumlaminatedcloth. Keywords：aluminumlaminatedcloth；thermalradiation；oxygenindex 1铝箔复合材料蔓延试验 1.1主要原料 本次试验样品为铝箔复合材料，其与国家林业局课题“森林消防避火罩改进与研发”中的避火罩材料相同，采用的试样属于同一批次、同种规格。 1.2主要设备和仪器 DHG?9240型电热恒温鼓风干燥箱（0300）； 天平砝码：70g； 计时器：秒表。 1.3试样制备 将样品宽度方向的两端分别除去30mm，沿样品宽度方向均匀裁取纵、横试样各5条。复合方向为纵向。 沿试样长度方向将复合层与基材预先剥开40mm，被剥开部分不得有明显损伤。若试样不易剥开，可将试样一端（约30mm）放置酒精灯上加热处理，待复合材料完全冷却后，再手动剥开10mm，然后再进行蔓延试验。 1.4试样尺寸 宽度：（5.00.2）mm，长度：（900.2）mm。 1.5试验环境 试样应在温度（232）、相对湿度45%55%的环境中放置4h以上，然后在这种环境中进行试验。 1.6试验要求 烘箱温度：210、220、230； 烘烤时间：5min； 悬挂质量：70g。 1.7试验步骤 将试样剥开部分的一端铝箔夹在试验棒上，使试样剥开的另一端玻璃纤维布保持垂直状态，如图1所示。干燥箱分别加热至不同温度（210、220、（2302），迅速将试样放进干燥箱中、使试样呈180悬挂于干燥箱内，试样不应与干燥箱壁接触，从关上干燥箱门开始记录时间，5min后打开干燥箱门，取出试样。然后在试样的玻璃纤维布端悬挂70g砝码，用直尺测量铝箔与纤维布分离长度，并记录试样的蔓延长度。 1.8试验结果的表示 根据试验所得数值记录最大蔓延长度，如铝箔和玻璃纤维布完全被分离开，则为不合格，如图2所示。以5块试样的平均蔓延长度作为检测结果。 2试验结果与讨论 2.1蔓延长度分析 蔓延长度这一指标反映的是铝箔复合材料在一定温度条件下的热稳定性能。表1为铝箔复合材料分别在210、220、230热空气环境中烘烤5min取出后悬挂70g砝码的变化测试结果。 通过分析表1可知，铝箔复合材料在210的恒温烘箱中是相对稳定的，蔓延长度没有明显变化；当温度达到220时，铝箔复合材料的蔓延长度开始发生变化，耐高温性能出现下降趋势；当温度上升到230时，铝箔复合材料的耐高温性能发生急剧下降，蔓延长度逐渐变大，直到玻璃纤维布脱落，蔓延长度比之前下降了90%，玻璃纤维布颜色逐渐变为深色。图3所示为铝箔复合材料在不同温度下蔓延长度变化的对比图。 根据图46可分析铝箔复合材料的耐高温性能，导致其表面颜色变化的主要原因是玻璃纤维布及溶剂型粘合剂受热分解。铝箔复合材料在210的恒温烘箱环境中耐高温性能比较稳定，玻璃纤维布及粘合剂都没有达到热分解的温度。当温度上升到220时，铝箔复合材料表面的颜色逐渐开始变化，蔓延长度也在逐渐加大；当温度达到230，超过了粘合剂的热分解温度（220）时，其不稳定的结构（称为“弱点”或“活性基团”）引起铝箔复合材料耐高温性能下降，即在玻璃纤维布上形成一个不饱和双键，促使溶剂型粘合剂耐高温性能降低，这一过程连续、迅速地重复下去会发生“拉链反应”。因此温度越高、受热时间越长，铝箔和玻璃纤维布的分离速度就越快，蔓延长度就越长。 从上述检测试验中，得到铝箔复合材料的蔓延温度在220时可以达到项目设计的技术指标，因此，铝箔复合材料的蔓延试验达到了项目设计的要求。 2.2温度对剥离强度的影响 铝箔复合材料在210温度环境中剥离强度随时间变化的曲线如图7所示。从图7中可以看到，铝箔复合材料的剥离强度在热空气环境中出现了增长趋势，并在5min之后达到了33N/5cm，比加热前增加了12%。随后铝箔复合材料的剥离强度没有明显的下降趋势，但总体要比没有加热之前高。造成这种现象的主要原因是在铝箔复合材料加热的初期，铝箔和玻璃纤维布之间的粘合剂未充分固化，当温度升高时，发生了交联反应，反应之后又固化，使界面的粘合强度有所增强，使剥离强度提高。 当温度升高到220时，铝箔复合材料的剥离强度开始出现下降趋势。导致材料剥离强度下降的主要原因是：一方面随着温度的升高，粘合剂中的阻燃剂开始发生氧化降解，使铝箔和玻璃纤维布界面的粘合强度下降；另一方面由于溶剂胶大分子之间的作用力完全是分子间的范德华力，温度升高后，必然会出现向外迁移的现象，导致玻璃纤维布产生发硬发脆现象，这时测试剥离强度比较困难。 当温度升高到230时，铝箔复合材料的剥离强度己经无法测得。这是因为铝箔和玻璃纤维布之间的溶胶在高温的环境中失去粘合性能，造成玻璃纤维布的发硬发脆、粘合剂高温分解，这时铝箔可以很容易地从玻璃纤维布上剥离。由此可以得出以下结论：温度对铝箔复合材料剥离强度具有极大的影响，随着温度的升高，铝箔复合材料的剥离越来越容易，当温度超过某一限定范围时，铝箔复合材料将无法起到保护作用。 3结论 本文对选取的铝箔复合材料进行了耐高温蔓延试验，经过以上试验，对铝箔复合材料的蔓延和剥离强度进行分析，得到了以下结论： （1）特种铝箔复合材料的最佳蔓延温度为220，达到项目设计的技术要求。 （2）温度对铝箔复合材料剥离强度具有极大的影响，随着温度的升高，铝箔复合材料的剥离容易，当温度超过某一限定范围时，