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文档简介
BFRP论文:玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的湿热老化及高温性能研究【中文摘要】纤维增强复合材料(FRP)以其优异的力学性能和耐腐蚀性能,被认为是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一,正逐渐受到世界各国的重视。但是由于高分子复合材料的耐久性问题没有金属材料研究地那么深入和广泛,并且FRP的树脂基体抗高温性能较差,FRP性能退化机理、高温使用数据的缺少等都限制了FRP在土木领域上的应用。本文采用升温加速试验方法,系统研究了单向连续玄武岩纤维布增强环氧树脂(BFRP)湿法成型片材在蒸馏水和碱溶液浸泡下的长期性能退化行为,考察了BFRP片材的拉伸强度、弹性模量、伸长率、微观结构、玻璃化温度及显微硬度等性能随浸泡时间的变化规律。结果表明,BFRP复合材料片材浸泡于蒸馏水及碱溶液1.5年,其吸水过程符合两阶段模型和Langmuir模型,最大吸水量随浸泡温度和时间增加而不断上升。BFRP片材浸泡在蒸馏水和碱溶液内,树脂基体降解、纤维/树脂界面脱粘、纤维被刻蚀破坏等,导致BFRP材料拉伸强度的大幅度下降。由于树脂基体易燃烧,高温下容易软化、热降解,FRP及其增强结构高温火灾下的应用与安全设计是影响FRP在土木工程应用的关键因素之一。本文研究了单向连续玄武岩纤维/环氧树脂复合材料湿法成型片材在高温中及高温处理后的拉伸性能与玻璃化转变温度的变化。试验表明,当拉伸温度超过其玻璃化温度以后,BFRP片材的拉伸强度迅速下降,并随着温度的升高(低于350C),其强度趋向一稳定值,约为其室温性能的50%左右;其相对拉伸模量随着温度升高而直线下降。经高温处理并冷却到室温后,BFRP片材的力学性能大部分得到恢复,材料拉伸强度的下降量与其重量损失量成线性关系。【英文摘要】Fiber reinforced plastic(FRP)composites are considered to be an effective way to solve the problem of steel corrosion, due to its excellent mechanical properties and corrosion resistance behavior. FRP have been attracting more and more attention in the world. However, due to the durability of macromolecule composite materials has not been studied as systematical as metallic materials, Besides, the high temperature performance of the resin matrix is poor,and the FRP corrosion theory and database of high-temperature performances are not well developed, Wide application of FRP in civil engineering is blocked.In this paper, acceleration test is used to study the long-term durability of unidirectional basalt fiber reinforced epoxy (BFRP) wet lay-ups soaked in distilled water and alkaline solution. The variations of tensile strength, tensile modulus, elongation, microstructure, glass transition temperature as well as microhardness of BFRP with soaking time were investigated. The results show that, the water diffusion processes in BFRP wet layups soaked in distilled water and alkaline solution for 1.5 years, follow the two-stage model and Langmuir model. The maximum water absorption increased with the soaking temperature and immersion time. The degradation of the resin matrix, fiber/resin interface debonding, fiber etched destruction are responsible for the decrease of the tensile strength.Because the resin matrix is flammable, soften and thermal degradation at elevated temperatures, the safety design of FRP and strengthened structures under high temperature is critical when applied in civil engineering. In view of this, unidirectional basalt fiber fabric reinforced epoxy wet lay-ups were studied on the tensile strength and glass transition temperature at high temperatures and after various period treatment at high temperatures. As found, when the temperature exceeds the glass transition temperature of FRP, the tensile strength decreased dramatically, and then leveling off as the temperature increased by 350C, The final strength tendsed to its half values. Besides, the relative tensile modulus decreased with increasing temperature linearly. After high temperature treatment for various temperatures (up to 72 hours), the mechanical properties at room temperature of BFRP wet layups have been restored mostly. A linear relationship of the tensile strength and the weight loss was observed.【关键词】BFRP 升温加速试验方法 耐久性 高温性能 拉伸强度 吸水量 玻璃化温度【英文关键词】BFRP acceleration test durability high temperature performance tensile strength water absorption glass transition temperature【目录】玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的湿热老化及高温性能研究摘要4-5Abstract5第一章 绪论8-201.1 课题背景及研究的目的和意义8-91.2 FRP复合材料湿热耐久性研究9-171.2.1 湿热环境对FRP复合材料性能的影响11-121.2.2 FRP在湿热环境中的水吸收过程12-161.2.3 国内外对FRP复合材料耐久性能的研究现状16-171.3 FRP高温性能研究17-191.3.1 FRP复合材料的高温力学性能17-181.3.2 FRP高温力学性能国内外研究现状18-191.4 本文主要研究工作19-20第二章 实验部分20-312.1 实验原料20-212.2 试样制备21-222.3 实验设备222.4 湿热老化试验研究22-242.4.1 加速试验条件22-232.4.3 耐久性能研究试验方案23-242.5 高温性能试验研究24-262.5.1 高温中BFRP片材的力学性能测试252.5.2 高温后BFRP片材力学性能测试25-262.6 试验方法26-312.6.1 力学性能测试26-282.6.2 质量变化率测定28-292.6.3 玻璃化温度测量292.6.4 显微硬度测试29-302.6.5 SEM观测30-31第三章 BFRP片材在蒸馏水及碱溶液浸泡下的耐久性能研究31-663.1 BFRP复合材料的水吸收与扩散31-403.1.1 蒸馏水浸泡下BFRP片材的水吸收与扩散31-363.1.2 碱溶液浸泡下BFRP片材的水吸收与扩散36-403.2 BFRP片材的力学性能40-543.2.1 蒸馏水及碱溶液浸泡对BFRP片材拉伸强度的影响43-443.2.2 蒸馏水及碱溶液浸泡下BFRP片材的强度寿命预测44-493.2.3 蒸馏水及碱溶液浸泡下BFRP片材的极限伸长率变化49-503.2.4 蒸馏水及碱溶液浸泡下BFRP片材的弹性模量变化50-523.2.5 干湿BFRP片材的力学性能52-543.3 BFRP拉伸片材断口SEM分析54-583.3.1 BFRP拉伸断口纤维表面变化54-573.3.2 BFRP拉伸断口纤维与树脂的粘结SEM照片57-583.4 BFRP片材的显微硬度58-623.5 BFRP片材的玻璃化温度62-653.6 本章小结65-66第四章 BFRP片材的高温性能研究66-804.1 高温中BFRP片材的力学性能66-724.1.1 BFRP片材的纤维含量66-684.1.2 高温中BFRP片材的拉
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