毕业答辩--高性能环氧树脂基轻质复合材料的制备及性能研究.ppt

,哈尔滨工程大学结构功能一体化复合材料研究所,高性能环氧树脂基轻质复合材料的制备及性能研究,2012级本科生学位论文答辩,目录,一、研究背景与意义,固体浮力材料通常以热固性树脂为基体，空心玻璃微珠作为轻质填料，在一定工艺下制备空心玻璃微珠填充树脂基轻质复合材料。浮力材料的性能不仅取决于高性能轻质填料，树脂基体的性能也有关键性作用。环氧树脂具有机械性能优异、固化收缩性小、优良的耐化学腐蚀性和低吸水性等诸多优点，是固体浮力材料基体的良好选择。因此，高性能环氧树脂体系的选择、环氧树脂固化体系性能的研究、高性能轻质填料的选择及优化对固体浮力材料的高性能化具有重要的工程意义。,二、研究内容与方案设计,主要研究内容(1)高性能环氧树脂固化体系的性能研究高性能环氧树脂固化体系配方设计环氧树脂固化体系等温粘度-时间关系和适用期的研究环氧树脂固化体系粘度模型的建立及验证环氧树脂浇铸体的制备及力学性能研究(2)环氧树脂基轻质复合材料的制备及性能研究环氧树脂基轻质复合材料的制备工艺研究轻质填料体系对复合材料的密度影响研究轻质填料体系对复合材料的力学性能影响研究高强轻质复合材料压缩损伤行为研究,二、研究方案,实验流程,E-51/594,ESX/594,ESX/594/MeTHPA,等温粘度测试,粘度-时间曲线,粘度模型,树脂浇铸体,拉伸性能测试,压缩性能测试,固化体系优化,环氧树脂固化体系,空心玻璃微珠,XLD3000,S38HS,混合,模具,复合材料,密度测试,压缩性能测试,二、研究方案,ESX低粘度树脂质量配比为E-51:低粘度改性剂:低粘度增强剂=56:14:30。选用1、2、3号体系进行粘度测试，然后制备1-6号体系的树脂浇铸体，树脂浇铸体的固化工艺为100/2h+120/2h+130/6h,表2.1树脂浇铸体质量配比表,配方设计,复合材料所用基体树脂固化体系质量配比为ESX:594:MeTHPA=100:12:20，固化工艺为100/2h+140/6h。树脂和微珠填料质量比例为11:9，选用S38HS和XLD3000两种型号玻璃微珠，分别制备五种填料体系的复合材料，质量配比见表2.2。,二、研究方案,表2.2复合材料微珠填料质量配比表,配方设计,三、高性能环氧树脂固化体系研究,图3.1不同温度下E-51/594固化体系的粘度-时间曲线,图3.2不同温度下ESX/594固化体系的粘度-时间曲线,3.1.环氧树脂固化体系粘度-时间关系及适用期研究,三、高性能环氧树脂固化体系研究,图3.3不同温度下ESX/594/METHPA体系粘度-时间变化曲线,图3.4100下E-51/594体系粘度-时间变化曲线,3.1.环氧树脂固化体系粘度-时间关系及适用期研究,三、高性能环氧树脂固化体系研究,图3.5100下保温70min内E-51/594和ESX/594体系粘度-时间曲线,图3.6三种体系在不同温度下的初始粘度值变化曲线,3.1.环氧树脂固化体系粘度-时间关系及适用期研究,表3.2不同温度下E-51/594体系的适用期,表3.1不同温度下三种体系粘度达到10000mPas的时间,三、高性能环氧树脂固化体系研究,3.1.环氧树脂固化体系粘度-时间关系及适用期研究,三、高性能环氧树脂固化体系研究,3.2.环氧树脂固化体系粘度模型的建立及验证,利用双阿伦尼乌斯方程得到E-51/594、ESX/594和ESX/594/MeTHPA树脂体系的粘度模型方程分别为：,图3.7E-51/594树脂粘度模型曲线和实验值的对比,三、高性能环氧树脂固化体系研究,图3.8ESX/594树脂粘度模型曲线和实验值的对比,图3.9ESX/594/MeTHPA树脂粘度模型曲线和实验值的对比,3.2.环氧树脂固化体系粘度模型的建立及验证,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,图4.1不同环氧树脂体系浇铸体压缩应力-应变曲线,4.1.浇铸体压缩性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,表4.1浇铸体压缩性能指标,4.1.浇铸体压缩性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,图4.2不同体系压缩强度对比,图4.3不同体系压缩模量对比,4.1.浇铸体压缩性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,图4.4压缩强度与MeTHPA含量的关系,图4.5压缩模量与MeTHPA含量的关系,4.1.浇铸体压缩性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,图4.6不同环氧树脂体系浇铸体拉伸应力-应变曲线,4.1.浇铸体拉伸性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,表4.2浇铸体拉伸性能指标,4.2.浇铸体拉伸性能研究,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,图4.7不同体系的拉伸强度,图4.8不同体系的拉伸模量和断裂伸长率,4.2.浇铸体拉伸性能研究,图4.9拉伸强度与MeTHPA含量的关系,图4.10拉伸模量与MeTHPA含量的关系,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,4.2.浇铸体拉伸性能研究,图4.11断裂伸长率与MeTHPA含量的关系,四、高性能环氧树脂浇铸体力学性能研究,4.2.浇铸体拉伸性能研究,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,表5.1不同体系复合材料的实际密度,表5.2不同填料体系的复合材料理论密度和孔隙率,5.1.轻质填料体系对复合材料密度影响研究,图5.1复合材料密度随着XLD3000的复配含量变化的曲线,图5.2不同体系复合材料实际密度与理论密度的对比,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,5.1.轻质填料体系对复合材料密度影响研究,表5.3不同体系复合材料的压缩强度和压缩模量,表5.4不同体系复合材料的比强度和比模量,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,5.2.轻质填料体系对复合材料力学性能影响研究,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,图5.3复合材料压缩强度与XLD3000含量的关系,图5.4复合材料压缩模量与XLD3000含量的关系,5.2.轻质填料体系对复合材料力学性能影响研究,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,图5.5复合材料比强度与XLD3000含量的关系,图5.6复合材料比模量与XLD3000含量的关系,5.2.轻质填料体系对复合材料力学性能影响研究,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,图5.7不同复配体系复合材料的压缩应力-应变曲线,5.3.复合材料压缩损伤行为研究,五、环氧树脂基轻质复合材料性能研究,图5.8压缩破坏后试样的宏观形貌,图5.9压缩破坏示意图和受力分析图,5.3.复合材料压缩损伤行为研究,六、结论,在相同温度下，三种体系中，反应初始阶段ESX/594和ESX/594/MeTHPA体系粘度均低于E-51/594体系。ESX/594/MeTHPA体系的固化反应时间最短，适用期也最短，三种体系的适用期都随温度升高而下降。通过双阿伦尼乌斯方程法建立了三种环氧树脂固化体系的等温经验粘度模型，发现粘度模型与实验值具有较好的吻合性。,对不同环氧树脂固化体系的浇铸体进行拉伸性能和压缩性能测试，分析比较了固化剂复配后对浇铸体拉伸和压缩性能的影响，研究了甲基四氢苯酐含量对594/甲基四氢苯酐复合固化体系的力学性能影响。当树脂固化体系质量配比为ESX:594固化剂:甲基四氢苯酐=100:12:20时，浇铸体力学性能最好，此时压缩强度为131MPa，压缩模量为3.05GPa，拉伸强度为80.3MPa，拉伸模量为2.94GPa，断裂伸长率为5.07%。,六、结论,随着XLD3000含量增大，复合材料的密度逐渐减小，复合材料实际密度均小于理论密度。当填料中XLD3000的质量百分比为10%时，复合材料的压缩强度和压缩