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玻璃纤维 增强 环氧树脂 E51 复合材料 性能 研究

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毕业论文任务书 论文题目： 玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074133 学生： 李迁然 指导教师（含职称）： 张保卫（副教授） 1课题意义及目标 以环氧树脂E51为基体材料，玻璃纤维为增强材料，及相应的配合剂，制得复合材料，对其力学性能和和相关性能进行研究，讨论玻璃纤维增加量对制品性能的影响。通过合理匹配及协同作用，确定并优化出制备玻璃纤维环氧树脂复合材料的方法，呈现材料力学性能，呈现具备的优异性能。2主要任务 1）查阅相关文献，提出试验方案；2）玻璃纤维的预处理；3) 用浇铸成型工艺制得复合材料样条；按照实验所需制得不同规格的样条；4) 测试玻璃纤维用量变化来分析其性能变化；5) 进行力学基本性能测试； 6) 对比实验结果，分析总结数据，探讨改性机理，得出结论，撰写论文。3 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 黄丽, 陈晓红, 宋怀河. 聚合物复合材料M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2013: 1-97.2 王国全, 王秀芬, 华幼卿. 聚合物改性M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2008, 85-89.3 丁浩. 塑料实用手册M. 北京: 化学工业出版社, 1995: 1003-1043, 1386-1397.4 赵若飞, 周晓东, 戴干策. 玻璃纤维增强热塑性复合材料的增强方式及纤维长度控制J. 纤维复合材料, 2000, 1: 1-3.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，完成开题报告1月3日3月18日2制定实验方案，确定原料3月19日3月25日3进行初步实验，并记录数据3月26日4月20日4中期检查4月21日4月30日5进行试验并记录数据5月1日5月20日6对所做实验的数据进行分析总结5月20日5月27日7撰写毕业论文5月28日6月3日8制作答辩PPT，准备论文答辩6月4日6月22日 审核人： 年 月 日表3.1 环氧树脂与固化剂650 1:1样条的拉伸数据Table 3.1 Epoxy resin and curing agent1:1 ,the processing of the spline tensile data0%5%10%15%20%25%拉伸强度（MPa）43.347.251.458.561.160.2断裂伸长率（%）3.183.233.122.922.682.55表3.2 环氧树脂与固化剂650 1:1样条的冲击强度Table 3.3 Epoxy resin and curing agent1:1,the processing of the impact strength of the spline0%5%10%15%20%25%冲击强度（KJ/m2）5.245.505.726.136.246.15表3.3玻璃纤维添加量20%样条的拉伸数据Table 3.3 Under 20% glass fibers, the processing of the spline tensile data1:0.51:11：1.51：2拉伸强度（MPa）59.561.159.358.4断裂伸长率（%）2.382.533.043.41表3.4 玻璃纤维添加量20%样条的冲击强度Table 3.4 Under 20% glass fibers, the processing of the impact strength of the spline1:0.51:11：1.51：2冲击强度（KJ/m2）6.106.246.516.80 太原工业学院毕业论文开题报告学 生 姓 名：李迁然学 号：102074133系 部：材料工程系专 业：高分子材料与工程论 文 题 目：玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料性能的研究指导教师:张保卫2014 年3 月18日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生的“学号”要写全号（如072074123），不能只写最后2位或1位数字；4. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”；5. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告一论文研究目的及意义：1.研究目的： 以环氧树脂E51为基体材料，玻璃纤维为增强材料，及相应的配合剂，制得复合材料，对其力学性能和和相关性能进行研究，讨论玻璃纤维增加量对制品性能的影响，找出效果最好的添加量及增强材料排布方式。2.研究意义：玻璃纤维环氧树脂复合材料的特点是比重小，比强度高，比重为1.6-2.0，比最轻的金属铝还要轻，而比强度比高级合金钢还高1。玻璃纤维增强环氧树脂（GFEP）还具有力学强度高，成型收缩小，尺寸稳定性好和良好的耐化学腐蚀性能和电气绝缘性等特点，作为典型的纤维增强塑料（FRP）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板等产业。以环氧树脂作为基体的纤维增强塑料，是一种性能很好的聚合物基复合材料2-3。二国内外研究进展： 我国复合材料/玻璃钢工业研究起始于1958年，经过多年的发展，产量从1978年的6000多吨发展到2008年的295万吨，已经仅次于美国，跃居世界第2位4。中国环氧树脂体系和应用技术行业的重点发展的应用领域有以下几类：1. 重防腐环氧树脂配方体系（粉末涂料、液态无溶剂涂料和水性涂料等）；2. 高速铁路无渣道轨环氧树脂填充配方体系；3. 风力发电机风叶环氧树脂配套体系；4. 建筑工程环氧树脂配方体系（建筑补强、碳纤维增强、建筑结构胶黏剂等）；5. 电子元件器低应力灌封密封配方体系；6. 电器、电工部件干式绝缘中温固化环氧树脂配方体系（真空浇注工艺等）；7. 无气隙玻璃纤维增强复合材料环氧树脂配方体系。但在很多高新产业关于玻璃纤维增强环氧树脂的研究仍然远远不够，目前在很多产业方面，尤其在航空航天、飞机、建筑以及地铁和汽车产业中，有很多部件因为暂时还没有研制出性能更好，质量更轻的材料仍然采用金属，这势必会造成能源的损失5-6。而玻璃纤维增强环氧树脂材料具有比金属更轻，更坚硬、更耐辐射、更绝缘的特性，所以在未来的高新产业方面，定会大有作为。毕 业 论 文 开 题 报 告三本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1. 本课题要研究或解决的问题(1)通过合理配方设计及协同作用，呈现出环氧树脂基复合基材料具备的优异性。(2)讨论加入玻璃纤维含量及树脂与固化剂不同配比对环氧树脂E51复合材料的增强效果，并找到合适的用量来增强复合材料。2.拟采用的研究途径 (1)进行玻璃纤维的预处理采用有机硅烷偶联剂KH570与无水乙醇配比对玻璃纤维的表面进行处理，浸泡2h后冲洗烘干后使用7-8； (2)配比的选择 随着玻璃纤维含量的增加，环氧树脂力学强度也随着提高。通常玻纤增强量为5%到25%，通过改变玻璃纤维增强体的含量及树脂与固化剂配比，进行性能测试； (3)合成玻璃纤维环氧树脂复合材料 环氧树脂与聚酰胺固化剂1:1配比后搅拌，采用浇注法在硅胶模具中成型试样，探索最佳的制作工艺，从而获得玻璃纤维/环氧树脂复合材料。工艺流程图如图1所示； 图1 工艺流程图毕 业 论 文 开 题 报 告(4）测定玻璃纤维/环氧树脂复合材料试样的力学性能包括轴向的拉伸强度、冲击强度、硬度等，测试后分析并得出材料性能随玻璃纤维含量不同而产生的变化；(5）对玻璃纤维/环氧树脂复合材料试样施加不同的载荷，观察其受力情况；(7）分析总结数据，撰写论文。四论文工作进度安排：论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，分析任务书（开题报告）2014年3月4日2014年3月15日2购买原材料，制定实验方案，技术路线2014年3月16日2014年3月25日3材料制备，性能测试，结构表征（中期检查）2014年3月26日2014年5月15日4补充实验（查漏补遗，验证实验）2014年5月16日2014年6月5日5编写、审核论文（预答辩）2014年6月6日2014年6月14日6论文审阅、修改2014年6月15日2014年6月20日五主要参考文献：1 黄丽, 陈晓红，宋怀河. 聚合物复合材料M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2013: 1-97.2 王国全, 王秀芬, 华幼卿. 聚合物改性M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2008, 85-89.3 丁浩. 塑料实用手册M. 北京: 化学工业出版社, 1995, 1003-1043, 1386-1397.4 吴良义, 罗兰, 温晓蒙. 热固性树脂基体复合材料的应用及其工业进展J. 热固性树脂, 2008, 23: 478-481.5 任慧韬, 姚谦峰, 胡安妮. 玻纤增强复合材料的耐久性能试验研究J. 建筑材料学报, 2005, 05: 2-3.6 黄家康等. 复合材料合成技术M. 北京: 化学工业出版社, 1999, 3-9.7 赵若飞, 周晓东, 戴干策. 玻璃纤维增强热塑性复合材料的增强方式及纤维长度控J. 纤维复 合材料, 2000, 01: 1-3.8 Gao Guangfa, Li Yongchi, Jin Zheng. Experimental Investigation on Thermal Physical Properties of an Advanced Glass Fiber Composite MaterialJ. Physics Procedia, 2008, 06: 3-8. 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见： 本课题玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料结构与性能的研究，查阅文献较多，对课题有了一定的了解，研究的深度广度合理，工作量饱满，拟采用的研究手段可行，采用浇注法制作硅胶模，成型试样，测试试样的拉伸性能、冲击性能，预期的目标（高性能复合材料）可实现。 同意开题。 指导教师： 年 月 日教研室审查意见： 专业负责人： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 毕业论文玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料性能的研究材料工程系李迁然102074133学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 张保卫专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名：年 月 日毕业论文任务书 论文题目： 玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074133 学生： 李迁然 指导教师（含职称）： 张保卫（副教授） 1课题意义及目标 以环氧树脂E51为基体材料，玻璃纤维为增强材料，及相应的配合剂，制得复合材料，对其力学性能和和相关性能进行研究，讨论玻璃纤维增加量对制品性能的影响。通过合理匹配及协同作用，确定并优化出制备玻璃纤维环氧树脂复合材料的方法，呈现材料力学性能，呈现具备的优异性能。2主要任务 1）查阅相关文献，提出试验方案；2）玻璃纤维的预处理；3) 用浇铸成型工艺制得复合材料样条；按照实验所需制得不同规格的样条；4) 测试玻璃纤维用量变化来分析其性能变化；5) 进行力学基本性能测试； 6) 对比实验结果，分析总结数据，探讨改性机理，得出结论，撰写论文。3 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 黄丽, 陈晓红, 宋怀河. 聚合物复合材料M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2013: 1-97.2 王国全, 王秀芬, 华幼卿. 聚合物改性M. 第2版. 北京: 中国轻工业出版社, 2008, 85-89.3 丁浩. 塑料实用手册M. 北京: 化学工业出版社, 1995: 1003-1043, 1386-1397.4 赵若飞, 周晓东, 戴干策. 玻璃纤维增强热塑性复合材料的增强方式及纤维长度控制J. 纤维复合材料, 2000, 1: 1-3.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，完成开题报告1月3日3月18日2制定实验方案，确定原料3月19日3月25日3进行初步实验，并记录数据3月26日4月20日4中期检查4月21日4月30日5进行试验并记录数据5月1日5月20日6对所做实验的数据进行分析总结5月20日5月27日7撰写毕业论文5月28日6月3日8制作答辩PPT，准备论文答辩6月4日6月22日 审核人： 年 月 日太原工业学院毕业论文 玻璃纤维增强环氧树脂E51复合材料性能的研究摘要：本文通过对9组54个试件进行力学性能测试，研究了玻璃纤维添加含量及环氧树脂与聚酰胺固化剂配比不同情况下，采用浇铸成型的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度，与未使用增强材料的空白组进行了力学性能对比，并对其进行了分析。研究结果表明，以玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料具有优异的性能，提高了材料的刚度、强度、韧性和尺寸稳定性等综合性能；该复合材料也具有良好的界面粘接性（树脂对纤维的浸润性良好），固化时没有小分子副产物。关键词：玻璃纤维，环氧树脂，复合材料，力学性能- 0 -The study of properties which glass fiber reinforced epoxy resin E51 composite material Abstract: Based on the mechanical tests of 54 samples of set of 9, this issue investigate the tensile strength, the elongation at break and impact strength of composite material which using cast molding under different content of the glass fiber and ratio of epoxy and polyamide curing agent and the tensile fracture were analyzed. The results showed that the glass fiber reinforced epoxy resin composite material having excellent properties to improve the overall performance of stiffness, strength, toughness and dimensional stability of materials; the composite material also has good interface adhesion(resin has good wettability to fibers), without small molecule by-product in cure.Keywords: Epoxy resin, Glass fiber, Composite materials, Mechanical properties- 0 -目 录1前言11.1 课题背景11.1.1 复合材料定义11.1.2 环氧复合材料的优势11.1.3 EP/GF复合材料的特点与应用21.2 双酚A型环氧树脂31.2.1 双酚A型环氧树脂的定义31.2.2 双酚A型环氧树脂的结构41.3 环氧树脂固化剂51.3.1 环氧树脂固化剂的定义51.3.2 环氧固化剂分类51.3.3 低分子聚酰胺树脂的性状（型号650）61.3.4 低分子聚酰胺树脂的特点与用途61.4 硅烷偶联剂（KH570）71.5 玻璃纤维91.5.1 玻璃纤维概述91.5.2 玻璃纤维的性能111.5.3 玻璃纤维的处理121.6 选题的目的与研究意义132 实验部分142.1 主要实验原料及试剂152.2 环氧树脂与玻璃纤维复合材料制备所用原料分析152.3 主要实验设备162.4 实验原料的配比162.5实验流程图162.6 玻璃纤维处理172.7 环氧树脂/玻璃纤维复合材料的制备172.8 性能测试182.8.1 力学性能测试183 结果与讨论203.1 环氧树脂与固化剂650 1:1时的玻纤增强复合材料的力学性能203.1.1 拉伸测试结果分析203.1.2 冲击测试结果分析213.2 玻璃纤维添加量为20%时环氧树脂复合材料的力学性能233.2.1 拉伸测试结果分析233.2.2 冲击测试结果分析244 结论26参考文献27致谢29I1前言1.1 课题背景1.1.1 复合材料定义复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同复合工艺制备的多相材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。它通常是由高强度、高模量、脆性的增强材料和低轻度、低模量、韧性的基体材料经过一定的成型加工方法制成，可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域。1.1.2 环氧复合材料的优势环氧树脂（EP）是具有良好粘接性、耐腐蚀、绝缘、高强度的热固性高分子合成材料1。环氧高性能复合材料在各行业中具有非常明显的优势，主要体现在以下几个方面：一是充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点，实现了在更高层次上的材料可设计性，接受力状态铺层从而合理地、有效地使用了原材料的性能，减轻了制品的重量，得到非常高的比强度和比模量；二是通过精心设计和细心制作，高度实现了材料的复合效应，从而充分发挥了各组成材料的潜在能力，获得了原材料所没有的优异性能和新用途；三是耐疲劳和减振性优异，即使在已有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下的扩展，这是环氧复合材料在航空、航天领域广泛应用的重要原因；四是材料设计和结构设计，材料成型和构件成型是同时一次完成、不可分开的；五是由于上述特点，环氧高性能复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑，并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。1.1.3 EP/GF复合材料的特点与应用环氧树脂因其固化物质脆、抗开裂性能、抗冲击性能较低，使其应用受到了一定限制2,3。以纤维增强的环氧树脂复合材料有着十分优异的性能。环氧树脂（EP）/玻璃纤维（GF）复合材料俗称环氧玻璃钢，具有力学强度高、成形收缩小、尺寸稳定性好和良好的耐化学腐蚀性能和电气绝缘性能等特点，作为典型的纤维增强塑料（FRP）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板等产业。具体如下：（1）轻质高强相对密度在1.52.0之间，只有玻璃钢的1/41/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过玻璃素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400MPa以上。（2）耐腐蚀性FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代玻璃钢、不锈钢、木材、有色金属等。（3）电性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。（4）耐热性能FRP热导率低，室温下为1.251.67kJ/（mhK），只有金属的1/1001/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000以上承受高速气流的冲刷。（5）可设计性可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好等等。（6）工艺优良可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。1.2 双酚A型环氧树脂1.2.1 双酚A型环氧树脂的定义双酚A型环氧树脂是由环氧氯丙烷与双酚A（二酚基丙烷）在碱性催化剂作用下反应而生成的产物，其结构式如下：图1.1 双酚A型环氧树脂结构式Figure 1.1 Bisphenol A type epoxy resin structured式中n=019，平均相对分子质量为3007000；当n=0时，树脂为琥珀色的低分子粘性液体；当n2时，为高相对分子质量的脆性固体1。表1.1为几种国产双酚A型环氧树脂的牌号及规格： 表1.1 几种国产双酚A型环氧树脂的牌号及规格Table 1.1 Several domestic bisphenol A type epoxy resin grades and specifications统一牌号原牌号平均相对分子质量环氧值环氧当量软化点E51 6183504000.480.591752102.5Pa.sE4461014500.400.472252901422E42634_0.380.45_2127E2060190010000.180.224505256476E1260214000.090.15870102585951.2.2 双酚A型环氧树脂的结构结构式如下图1.2 双酚A型环氧树脂结构式Figure 1.2 Bisphenol A type epoxy resin structured（1）双酚A型环氧树脂的大分子结构具有的特征有：大分子的两端是反应能力很强的环氧基；分子主链上有许多醚键，是一种线型聚醚结构；n值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地出现许多仲羟基，可以看成是一种长链多元醇；主链上还有大量苯环、次甲基和异丙基。（2）基团赋予的性能有：环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力； 醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力； 醚键和C-C键使大分子具有柔顺性； 苯环赋予聚合物以耐热性和刚性； 异丙基也赋与大分子一定的刚性； -C-O-键的键能高，从而提高了耐碱性。1.3 环氧树脂固化剂1.3.1 环氧树脂固化剂的定义环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中。使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。包括多种类型。1.3.2 环氧固化剂分类（1）固化剂种类碱性类固化剂：包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。酸性类固化剂：包括有机酸、酸酐、和三氟化硼及其络合物。 （2）加成型和催化型加成型固化剂：这类固化剂与环氧基发生加成反应构成固化产物一部分链段，并通过逐步聚合反应使线型分子交联成体型结构分子，这类固化剂又称瓜型固化剂。 催化型固化剂：这类固化剂仅对环氧树脂发生引发作用，打开环氧基后，催化环氧树脂本身聚合成网状结构，生成以醚键为主要结构的均聚物。 （3）显在型和潜伏型显在型固化剂为普通使用的固化剂，又可分为加成聚合型和催化型。所谓加成聚合型即打开环氧基的环进行加成聚合反应，固化剂本身参加到三维网状结构中去。这类固化剂，如加入量过少，则固化产物连接着末反应的环氧基。因此，对这类固化剂来讲，存在着一个合适的用量。而催化型固化剂则以阳离子方式，或者阴离子方式使环氧基开环加成聚合，最终，固化剂不参加到网状结构中去，所以不存在等当量反应的合适用量；不过，增加用量会使固化速度加快。 潜伏型固化剂指的是与环氧树脂混合后，在室温条件下相对长期稳定(环氧树脂一般要求在3个月以上，才具有较大实用价值，最理想的则要求半年或者1年以上)，而只需暴露在热、光、湿气等条件下，即开始固化反应。这类固化剂基本上是用物理和化学方法封闭固化剂活性的。在显在型固化剂中，双氰胺、己二酸二酰肼这类品种，在室温下不溶于环氧树脂，而在高温下溶解后开始固化反应，因而也呈现出一种潜伏状态。所以，在有的书上也把这些品种划为潜伏型固化剂，实际上可称之为功能性潜伏型固化剂。因为潜伏型固化剂可与环氧树脂混合制成一液型配合物，简化环氧树脂应用的配合手续，其应用范围从单包装胶黏剂向涂料、浸渍漆、灌封料、粉末涂料等方面发展。潜伏型固化剂在国外日益引起重视，可以说是研究与开发的重点课题，各种固化剂改性新品种和配合新技术层出不穷，十分活跃1。1.3.3 低分子聚酰胺树脂的性状（型号650）低分子量聚酰胺又称H4环氧固化剂，是以桐油酸二聚体与二亚乙基三胺反应而生成的，是一种透明的棕色或褐色粘稠液体，易溶于丙酮、乙醇等有机溶剂，毒性极小。分子内含有较长的不饱和脂肪烃玻璃链和氨基、羧基、酰胺基等活性基团，可与环氧树脂分子产生交联而固化，它们与环氧基的反应活性是不同的，再加上氨基接有庞大的环体，所以在室温下它虽然与环氧树脂能发生固化反应，但反应速度慢且不完全；如果提高固化温度，反应加速进行。脂肪烃玻璃链交联时能起内增塑作用，极大地提高了固化物的抗冲强度，固化物收缩性小，具有较好的粘结强度，柔韧性、绝缘性和抗化学品性。1.3.4 低分子聚酰胺树脂的特点与用途聚酰胺的实际结构非常复杂，除了二聚油酸外，还有三聚油酸和单油酸结构。这些长玻璃链对环氧树脂，可起到增韧作用，因此聚酰胺环氧固化剂具有很好的韧性和高冲击强度；它与环氧树脂相容性好、不挥发、适用期长、固化物稳定性好、收缩率低（0.3%）、电性能优良、耐水性较好等。主要用途：液态低分子聚酰胺树脂主要用于环氧胶粘剂、环氧防腐涂料、环氧浇铸件及电器密封件等，在机电、化工、交通运输、建筑等工业部门中用途广泛。PA-300E用于薄膜电泳漆中。1.4 硅烷偶联剂（KH570）偶联剂KH570结构式为：图1.3 偶联剂KH570结构式Figure 1.3 Coupling agent KH570 Structure硅烷偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合1。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止不与其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。偶联剂是具有两性结构的化学物质，主要用作高分子复合材料的助剂，其实质是在纳米粉体和高分子基体之间起架桥（偶联）、增溶和促进分散的作用。在硅烷偶联剂的偶联机理中，化学键理论是最主要的理论。该理论认为，硅烷偶联剂含有反应性基团，它的一端能与无机材料表面的轻基或金属表面的氧化物生成共价键或形成氢键，另一端与有机材料形成氢键或生成共价键；从而将无机材料和有机材料的界面有机地连接起来，提高复合材料的各项性能。表面浸润理论认为，硅烷偶联剂的表面能较低，润湿能力较高，能均匀地分布在被处理表面，从而提高异种材料间的相容性和分散性。硅烷偶联剂的作用在于改善了有机材料对增强材料的润湿能力。实际上，硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。首先，硅烷偶联剂的粘度及表面张力低、润湿能力较高、接触角很小，可在无机表面迅速铺展开，使无机材料表面被硅烷偶联剂湿润；其次，一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开，材料表面被浸润，硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散，由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层，一端的烷氧基便水解生成硅轻基，取向于无机材料表面，同时与材料表面的经基发生水解缩聚反应；有机基团则取向于有机材料表面，在交联固化中，二者发生化学反应从而完成了异种材料间的偶联过程4。偶联剂的结构通式可表示为：(RO)x-M-Ay。其中RO代表亲无机基团的易水解或交换反应的短链烷氧基，可与玻纤表面发生化学反应；M代表中心原子（Si、Ti、Al、B等）；A代表与中心原子结合稳定的亲有机基团的长链分子（酯酰基、长链烷基等），它能扩散和溶解于聚合物的界面区，与聚合物链发生缠结和反应并与基体有很好的相容性。硅烷偶联剂的处理机理是首先使有机硅氧烷水解，生成硅醇，然后与玻纤表面的羟基（硅羟基）反应，生成稳定的Si-O-Si共价键键结构1。从其结构看，偶联剂具有在玻璃纤维表面与树脂之间形成化学键的功能，在树脂基复合材料中起架桥作用，用偶联剂处理玻纤表面能够改善纤维与基体之间的润湿性，形成一个力学上的微缓冲区，提高了界面之间的粘结力，能显著提高复合材料的综合性能，并可延长复合材料的使用寿命，降低玻纤维自身的吸水性5。 偶联剂在提高玻璃纤维增强树脂性能方面具有重要的作用，为了提高玻璃纤维增强树脂的物理力学性能，扩大其应用范围，许多学者研究了偶联剂在玻璃纤维增强树脂中的作用机理。 Schrader等6使用位带有C14标记的KH-550处理玻璃纤维，发现在玻璃纤维表面上形成了3个不同的结构层次，说明偶联剂在玻璃纤维表面是多层吸附的复杂结构。Ishida等7采用透射傅立叶变换红外光谱（FT-IR），研究了硅烷偶联剂与玻璃纤维在分子水平上的界面状态，发现偶联剂与玻璃纤维表面形成Si-O-Si化学键。Culler等8还采用FT-IR研究了硅烷偶联剂和树脂基体之间的界面，发现偶联剂和树脂之间的反应随着偶联剂的干燥条件的变化而变化，反应时空气温度必须控制在115以下，并且证明了-2氨丙基三乙基硅烷（-APS）能与环氧树脂的相互渗透形成互穿网络。Plueddemann等9,10先驱性的研究了上百种硅烷偶联剂对玻璃纤维增强环氧和聚酯复合材料强度的影响，得出如下结论：硅烷的功能性基团与聚合物基体发生化学反应形成共价键，与玻璃表面形成化学键和次价键；聚合物基体有扩散到硅氧烷界面的能力，在基体和玻璃增强物之间形成牢固的、抗水性的相互渗透聚合物网状结构。1.5 玻璃纤维1.5.1 玻璃纤维概述玻璃纤维（glass fiber或fiberglass）是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维（氧化钠0%2%，属铝硼硅酸盐玻璃）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%12%，属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃）。玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱（抗碱）玻璃纤维等。生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为 380m的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维，称为定长玻璃纤维，通称短纤维。玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维。生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：（1）E-玻璃亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。（2）C-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半(60%)，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。（3）高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，如今在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。（4）AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，耐碱玻璃纤维是玻璃纤维增强(水泥)混凝土(简称GRC)的肋筋材料，是100%无机纤维，在非承重的水泥构件中是钢材和石棉的理想替代品。耐碱玻璃纤维的特点是耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，耐碱玻璃纤维是广泛应用在高性能增强(水泥)混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。（5）A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。（6）E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善78倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。（7）D玻璃亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。除了以上的玻璃纤维成分以外，如今还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。 1.5.2 玻璃纤维的性能玻璃纤维作为强化塑料的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大。抗拉强度在标准状态下是6.36.9MPa，湿润状态5.45.8 MPa，密度2.54（g/cm3）。耐热性好，温度达300时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。对氢氟酸和磷酸浸渍的无机酸和有机酸的耐化学药品性很强。（1）力学性能表1.2给出了玻璃纤维和部分常用纺织纤维及金属材料的主要性能。表1.2 玻璃纤维和部分常用纺织纤维及金属材料的主要性能Table 1.2 Glass fibers and textile fibers and major part of the common properties of metallic materials材料种类密度（g/cm3）断裂强度（N）伸长率（%）玻璃纤维2.541370147023棉1.50255686710蚕丝1.253925201.331锦纶1.14445882632碳纤维1.80279031001.51.6铝2.7012717748钢7.803634412030从表1.2中可以看出，玻璃纤维在以下几个方面具有独特的性能。密度玻璃纤维的密度高于有机纤维，但低于金属纤维。断裂强度玻璃纤维具有较高的拉伸强度，在相同重量时，其断裂强度比钢丝高24倍。因而人们又称它为玻璃钢。尺寸稳定性玻璃纤维不会因环境温度变化而变形，最大伸长率仅为3。玻璃纤维的应力应变之间保持线性关系，直至断裂。硬度玻璃纤维的硬度较高，约为锦纶的15倍。玻璃纤维的硬度与其固有的脆性相结合，构成了突出的低弯曲阻抗性。在对玻璃纤维进行纺织加工的过程中，玻璃纤维会受到弯曲应力，为了提高纤维的弯曲阻抗性，其直径应减少。（2）耐热性能玻璃纤维是一种无机纤维，它本身不会引起燃烧，并且有很好的耐热性，这在纺织纤维中是很独特的。玻璃纤维在较低的温度下受热，其性能虽变化不大，但会引起收缩现象。玻璃纤维的导热系数非常小，因而它常用于管道和容器的隔热，以及作为成型件的绝缘壳。（3）化学稳定性能玻璃纤维的化学稳定性，取决于其化学组成、介质性质、温度和压力等条件。玻璃纤维对腐蚀性化学品如酸和碱，有好的阻抗，它几乎不受有机溶剂的影响，并对大多数无机化合物是稳定的。（4）电性能玻璃纤维具有高的比电阻和低的电介质常数。玻璃纤维的电性能主要取决于玻璃的化学成分，特别是碱氧化物的含量。（5）其它性能玻璃纤维具有耐老化、防腐、防霉、抗紫外线辐射等性能。采用合适的表面处理剂，可以改善玻璃纤维的加工性能。但玻璃纤维也存在一些由于其本身化学性质所带来的性能方面的缺陷，如玻璃纤维脆性大，耐磨性差，柔软性差，不耐弯曲。纤维断落的纤维头，触及人体使人难受，特别会使皮肤发痒。再者，玻璃纤维吸湿性差，染色困难。制造成本较高。1.5.3 玻璃纤维的处理玻璃纤维价格相对便宜，但性脆、纤维之间容易磨损，导致耐屈挠性能差，为了确保有效的应力传递和获得较好的综合力学性能，良好的界面粘结是必要的11,12。而玻璃纤维复合材料一般是由增强纤维与基体材料两相组成，两相之间存在着界面，界面使两类性质不同的，不能单独作为结构材料使用的材料形成一个整体，从而使玻璃纤维复合材料具有优于原材料的特性。并且由于界面的存在，增强纤维和基体所发挥的作用是各自独立又相互依存的。因此，改变界面的结构与状态，就可以改变玻璃纤维复合材料的某些性能和用途。也就是说，玻璃纤维复合材料的性能除决定原材料外，在很大程度上还决定于界面。提高树脂与纤维界面粘结能力的有效途径就是对纤维表面进行表面处理，提高其与树脂的粘合性能，进而充分发挥优势。玻璃纤维表面处理技术对于改善玻璃纤维与树脂基体界面的性能，提高复合材料的综合性能至关重要。玻璃纤维表面偶联剂处理一般分为三种方法。（1） 后处理法：利用热处理除去玻璃纤维中的纺织型浸润剂，纤维经热处理后强度会下降；然后浸渍偶联剂使其表面活性基团增多；最后对纤维进行干燥处理。通常玻璃纤维热处理分高温热处理（500600），中温热处理（400500），低温热处理（400以下）。一般热处理温度越高，处理时间越长，浸润剂去除率越高，但玻璃纤维强度下降也越大13。刘亚雄14在在研究中发现玻璃纤维热处理的最佳温度为350，处理时间为6s。Li等15则认为热处理时间的最佳温度为450，处理时间为1h，且还应将经过热处理的玻璃纤维在肥皂水中超声波清洗5min，并用蒸馏水清洗，完全除去玻璃纤维经热处理后其表面残留的胶料氧化物。热处理法工艺简单、实用，但是单独使用效果欠佳。（2） 迁移法：将偶联剂直接加入树脂配方中，浸胶时借助处理剂从树脂胶液至玻璃纤维表面的“迁移”作用而与玻璃纤维表面发生作用，从而在树脂固化中产生偶联作用。因其简单，往往采用这种方法来提高复合材料的强度、耐腐蚀性能、电性能等。（3） 前处理法：适当的改变生产玻璃纤维的浸润剂配方，使用含有偶联剂的浸润剂。这种方法生产的玻璃纤维可直接用做增强材料，不需要进过偶联剂处理，简省了玻璃纤维增强树脂复合材料的工艺流程。于淼等16采用扫描电镜、超声波探伤、浸润及力学性能测试等方法，研究了3种不同偶联剂处理方法，对玻璃纤维增强树脂基复合材料性能的影响。试验结果表明：偶联剂前处理法能够改善纤维与树脂之间的润湿性并提高界面之间的粘结力，降低生产成本，提高生产效率。1.6 选题的目的与研究意义选题的目的：复合材料是基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料，能够充分发挥各组分的特点和潜能；以环氧树脂E51为基体材料，玻璃纤维为增强材料，及相应的配合剂，通过合理匹配及协同作用，制得复合材料，对其力学性能和和相关性能进行研究，对复合材料界面的形成及作用机理进行研究，讨论玻璃纤维增加量对制品性能的影响，充分发挥玻璃纤维力学性能优势，开发使用新途径。研究意义：玻璃纤维环氧树脂复合材料的特点是比重小，比强度高，比重为1.6-2.0，比最轻的金属铝还要轻，而比强度比高级合金钢还高。玻璃纤维作为增强材料经过表面处理能提高复合材料的力学性能，增加使用寿命。热固性树脂应用领域受其强度低等不利因素制约，通过使用玻璃纤维对树脂基体进行增强，使其具有力学强度高，成型收缩小，尺寸稳定性好和良好的耐化学腐蚀性能和电气绝缘性等特点，有利于应用领域的拓展，在农业、工业、交通、军事及社会生活等领域中得到更广泛使用，应用于航空、航天等一系列高端技术领域。2 实验部分2.1 主要实验原料及试剂主要实验原料及试剂见表2.1。表2.1 主要实验原料及试剂Table 2.1 The experimental raw materials and reagents实验原料生产厂家E-51高纯度环氧树脂肥城德源化工有限公司低分子聚酰胺树脂肥城德源化工有限公司玻璃纤维中科院山西煤化研究所偶联剂KH-570南京联硅化工有限公司2.2 环氧树脂与玻璃纤维复合材料制备所用原料分析环氧树脂与玻璃纤维复合材料所用原料有环氧树脂、增强用玻璃纤维、固化剂。环氧树脂：主要起粘结、固化的作用，具有很高的粘结性能、固化收缩性低、优良的韧性（已固环氧树脂的韧性比已固酚醛树脂的韧性约大7倍）、良好的耐蚀性能（在已固环氧树脂结构中，含有稳定的苯环、醚键及脂肪羟基，因而具有良好的耐酸、碱侵蚀性能）、良好的工艺性能（环氧树脂可与多种树脂互溶、易溶于酒精、丙酮、甲苯等溶剂中，易在常温下固化成型）、优良的物理机械性能17。采用双酚A型环氧树脂E-51，环氧值（eq/ 100g） 0.480.54，无机氯值（eq/ 100g） 1 10 -3，粘度 40 （mPa.S） 2500，分子量350400。玻璃纤维：在复合材料中起增加强度的作用，制备环氧玻璃钢采用无碱玻璃纤维，由于无碱玻璃纤维的耐水性比有碱玻璃纤维优良，所用为中级纤维，纤维直径为10m20m，拉伸强度为2500kg/cm28000kg/cm2，弹性模量为0.3106 kg/cm20.3106kg/cm2。固化剂：不同种类的环氧树脂固化剂，对环氧树脂与玻璃纤维复合材料的性能影响较大，选用的固化剂为低分子聚酰胺650。该固化剂结构中含有较长的脂肪酸玻璃链和氨基，可使固化产物具有高的弹性、粘结力和耐水性。2.3 主要实验设备主要实验设备见表2.2。表2.2 主要实验设备Table 2.2 Main laboratory equipment仪器名称型号生产厂家拉力试验机LJ-500型广州试验仪器厂缺口制样机JJANM-11浙江佳雪微特电机集团冲击试验机XJU-22 承德试验机厂电热鼓风干燥箱DHG-9030A上海一恒科学仪器有限公司2.4 实验原料的配比（1） 环氧树脂胶液的配比对复合材料的制备以及各项物理化学性能有很大影响，不同玻璃纤维添加量及固化剂比例都会反映在性能中。（2） 在环氧树脂与固化剂配比为原料配比为1:1时，加入树脂与固化剂各40g，玻璃纤维添加量分别为树脂量的5%、10%、15%、20%、25%，即2g、4g、6g、8g、10g。根据实验结果，选出玻璃纤维最佳添加含量后，在不改变树脂和玻璃纤维量的情况下，调整固化剂配比，分别为1:0.5、1:1.5、1:2，即固化剂用量为20g、60g、80g。2.5实验流程图实验流程图如图2.1所示。 玻璃纤维 维 表面处理裁剪均匀搅拌E51环氧树脂 聚酰胺树脂650静置2min刮去上层气泡浇铸成型干燥备用涂脱模剂模具固化脱模修整性能测试图2.1 实验流程图Figure 2.1 Experimental flow chart2.6 玻璃纤维处理经查阅文献对比，综合实际情况本次实验玻璃纤维的处理方法为后处理法。用偶联剂配制的表面处理液浸渍玻璃纤维，使玻纤表面附上一层偶联剂，浸渍偶联剂使其表面活性基团增多，增强纤维与基体树脂的界面粘结强度。用10ml无水乙醇、5ml硅烷偶联剂KH570、500ml水配成溶液，将50g的长玻璃纤维，在室温下浸泡2小时，然后将处理好的玻璃纤维用去离子水冲洗3次，用PH试纸检测其PH值，直至其PH值在46左右，然后将玻璃纤维放在烘箱里进行干燥，从室温升至80恒温干燥4小时，即可达到所需要的干燥效果。最后将玻璃纤维剪成长度约为2-3mm，即为制得所需的玻璃纤维。2.7 环氧树脂/玻璃纤维复合材料的制备实验所用的高纯度环氧树脂（E-51）是双酚A型环氧树脂，其固化剂加低分子聚酰胺树脂。将高纯度环氧树脂和低分子聚酰胺树脂分别取一部分放在烘箱里加热，将温度调制80，加热20分钟后，从烘箱里面取出来各取40克，先将高纯度环氧树脂倒入纸杯中，然后加入制备好的玻璃纤维2克，搅拌均匀，在加入40克低分子聚酰胺彻底搅拌均匀，然后将其注入模具中，每隔2分钟刮一次气泡，以减少气泡的含量，在室温下冷却至稍成型后，最后将浇注体在65烘箱中放置4小时，其脱模出来的制品即为实验所需的样条。如此根据需要，制得A组：玻璃纤维含量分别为5%、10%、15%、20%、25%的环氧树脂/玻璃纤维复合材料；B组：玻璃纤维20%时，树脂与固化剂配比分别为1:0.5、1:1.5、1:2的复合材料。同时制得空白环氧树脂样条做对比实验用。2.8 性能测试2.8.1 力学性能测试（1）拉伸实验本实验采用的实验仪器为LJ-500型拉力试验机，实验室下拉伸试样为哑铃状试样，试样的尺寸示意图如图2.2所示，加载速度为50mm/min。LL2L1db 图2.2 拉伸样条尺寸示意图Figure 2.2 Schematic of drawing spline size每种玻纤含量按照试样尺寸加工3件，测定3组试样并取其数据平均值。其中：单位（mm）L=100 ，L1=550.5，L2=850.5，b=100.5，d=4（2） 冲击实验本实验采用的仪器为XJU-22 冲击试验机，使用冲击试验试样的尺寸示意图如图2.3所示，每种玻纤含量按照试样尺寸加工3件，测定3组试样并取其数据平均值。 dbL 图2.3 冲击样条尺寸示意图Figure 2.3 Schematic of impact spline size其中：尺寸大小为100104（mm）分为A组与B组力学性能的测试：将制得的样条测出其长、宽和厚度，分别在拉力试验机测试其拉伸强度和冲击试验机上测试其冲击强度。最后记下其相应的数值。3 结果与讨论3.1 环氧树脂与固化剂650 1:1时的玻纤增强复合材料的力学性能 3.1.1 拉伸测试结果分析环氧树脂与固化剂1:1时复合材料的拉伸测试结果如表3.1所示。由表3.1可知EP/GF复合材料具有很好的综合力学性能。这是因为双酚A型体系的粘度较低，不需要加入溶剂来调节粘度，对玻璃纤维的浸润性较好，固化时无小分子析出，也无气泡产生，且固化剂中的长碳链结构起增韧作用，故E-51树脂与玻璃纤维的界面粘结性能良好，表现为复合材料的综合力学性能较好。表3.1 环氧树脂与固化剂650 1:1样条的拉伸数据Table 3.1 Epoxy resin and curing agent1:1 ,the processing of the spline tensile data0%5%10%15%20%25%拉伸强度（MPa）43.347.251.458.561.160.2断裂伸长率（%）3.183.233.122.922.682.55图3.1玻璃纤维添加量不同对拉伸强度的影响Figure 3.1 Tensile strength under different content of the glass fibera图3.2 玻璃纤维添加量不同对断裂伸长率的影响Figure 3.2 Breaking Elongation under different content of the glass fibera图3.1、3.2表示的是玻璃纤维添加量不同对复合材料拉伸强度及断裂伸长率的影响。从图3.1、3.2中可以得出随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的综合力学性能有所增加，在玻纤含量达到20%时最佳，继续添加玻纤后力学性能开始下降。这是因为在纤维增加到一定程度并均匀地分布于树脂基体中，纤维较好地承担了受力作用。由于纤维和基体界面结合始终，纤维的变形受到基体的限制，同时纤维组织基体的变形，从而使复合材料获得很好的强化。由于玻璃纤维是单向排列于树脂基体中，当纤维数目较少时，其承担的应力也相对较少，并且由于纤维的加入，切断了原来连续的基体，在树脂中形成了一定数目的缺陷，不利于弹性模量的增加。当纤维增加到一定程度并均匀的分布在树脂基体中，纤维较好的承担起受力作用，纤维和基体界面结合，纤维的变形受到基体的限制，而纤维也阻止基体的变形，从而使复合材料获得很好的强化，所以当纤维含量达到一定值后，当外力由基体传递至纤维时，受各项异性的影响，会使力的作用方向发生变化，即主要沿纤维取向方向进行传递。在一定程度上使力的作用得到分散，对复合材料的破坏作用减缓，从而使材料的强度得到提高。当纤维含量过多时，部分纤维不能被树脂充分浸润，其与树脂界面面积增大，从而在材料中形成许多结合较弱的界面，当材料断裂时，这些界面容易脱附拔出，应力传递失效，性能下降。而随着纤维含量的增多，加工流动性下降，断裂伸长率随之下降。3.1.2 冲击测试结果分析环氧树脂与固化剂1:1时复合材料的冲击强度结果如表3.2所示。表3.2 环氧树脂与固化剂650 1:1样条的冲击强度Table 3.3 Epoxy resin and curing agent1:1,the processing of the impact strength of the spline0%5%10%15%20%25%冲击强度（KJ/m2）5.245.505.726.136.246.15图3.3 玻璃纤维添加量不同对冲击强度的影响Figure 3.3 Impact strength under different content of the glass fibera图3.3为玻璃纤维添加量不同对冲击强度的影响。从图3.3可以看出，玻纤含量增至20%时，材料的冲击强度一直呈上升趋势，但在20%之后，冲击强度降低。由于韧性树脂与刚性纤维在冲击载荷作用下变形能力的差异，树脂基体较大的变形导致沿纤维弯曲方向上产生间隙，此间隙一旦产生及将使纤维的抽出比较容易。树脂的变形，一方面导致抽出时吸收的能力较小，另一方面降低了纤维断裂的可能性，即相当于增加了纤维的临界断裂长度。树脂变形在复合材料冲击强度中的贡献占主要地位，当纤维含量较低时，纤维受到冲击载荷从树脂中抽出所需的能量较低，纤维的总体抵抗能力也较低，随着含量增加，纤维从树脂中抽出所需的总体能量增加，因而，纤维对冲击韧性起积极作用。冲击强度随之上升。当玻纤含量为25%时，刚性的玻璃纤维含量增多，复合材料表现出脆性，冲击强度下降。3.2 玻璃纤维添加量为20%时环氧树脂复合材料的力学性能3.2.1 拉伸测试结果分析玻璃纤维添加量为20%时环氧树脂复合材料的拉伸数据如表3.3所示。由表3.3可知，固化剂含量改变后，复合材料的综合力学性能均有改变，其拉伸强度有所下降，而断裂伸长率均得到提高。表3.3玻璃纤维添加量20%样条的拉伸数据Table 3.3 Under 20% glass fibers, the processing of the spline tensile data1:0.51:11：1.51：2拉伸强度（MPa）59.561.159.358.4断裂伸长率（%）2.382.533.043.41图3.4 环氧树脂与固化剂650比例不同对拉伸强度的影响Figure 3.4 Tensile strength under different ratio of epoxy and polyamide curing agent 650图3.5 环氧树脂与固化剂650比例不同对断裂伸长率的影响Figure 3.5 Breaking Elongation under different ratio of epoxy and polyamide curing agent 650图3.4、3.5表示的是环氧树脂与固化剂650比例不同对复合材料拉伸强度及断裂伸长率的影响。从图3.4、3.5中可以得出环氧树脂与固化剂650比例为1:1时，拉伸强度最高。环氧树脂的固化反应主要发生在环氧基团上，聚酰胺的用量，对环氧树脂胶黏剂固化产物的机械性能和耐热性能有一定影响。在环氧树脂固化过程中，树脂分子在固化剂的作用下分子链增长、支化和交联，分子量不断增大，最终形成三维网络结构。随着固化剂和环氧化合物比值的增加，产物接近一种线性聚合物，分子链线形程度高，无定型程度高，伸长率得到提高。当固化剂过量时，得到胺-环氧加成物，使固化产物脆性增加，导致拉伸强度会减小。3.2.2 冲击测试结果分析玻璃纤维添加量20%时复合材料的冲击强度结果如表3.4所示。表3.4 玻璃纤维添加量20%样条的冲击强度Table 3.4 Under 20% glass fibers, the processing of the impact strength of the spline1:0.51:11：1.51：2冲击强度（KJ/m2）6.106.246.516.80图3.6 环氧树脂与固化剂650比例不同对冲击强度的影响Figure 3.6 Impact strength under different ratio of epoxy and polyamide curing agent 650图3.6为玻璃纤维添加量不同对冲击强度的影响。从图3.6可以看出，随着固化剂含量的增多，复合材料的冲击强度随之增大。冲击强度的大小主要取决于主链的化学键力和分子间的次价键的作用，随着交联密度的增大，适度的交联形成网络可有效的增强分子链之间的联系，增加了分子链的位阻，阻碍分子链间的相对滑移，从而提高冲击强度。固化剂过量后，环氧树脂与固化剂分子制备成长链，势必降低交联点，韧性增加，冲击强度增大。4 结论本文以E-51环氧树脂为基体材料