外文资料翻译

1、毕业设计外文资料翻译题 目 环氧树脂的力学性能 学 院 材料科学与工程 专 业 复合材料与工程 班 级 复材0602 学 生 林聪聪 学 号 20060103027 指导教师 关瑞芳 二一 年 三月 二十日Journal of Materials Science 15(1980) 1814-1822环氧树脂的力学性能Salim Yamini, Robert J. YoungDepartment of Materials, Queen Mary College, Mile End Road, London, E1 4NS,UK摘要: 屈服应力y和杨氏模量E，衡量一系列三乙烯四胺固化的环氧树脂作为

2、一种树脂的组成和温度和速度的测试功能。结果证明作为一种给定的组成，屈服应力和杨氏模量随着测试速度的增加和温度的降低而增加。在相同的测试条件下，屈服应力和杨氏模量随着树脂中固化剂的数量的增加而降低。屈服应力和杨氏模量之间的关系通过使用氩气和鲍登玻璃状聚合物塑性变形的理论分析。在低温氩理论下能达成好的协议，然而鲍登理论被发现在温度高达玻璃化转变温度的任何情况下都能达成良好协议。因此热固性环氧树脂的塑性变形类似于玻热塑性塑料的玻璃化。从两种理论派生的参数的意义讨论了树脂的分子结构。1前言环氧树脂的本质是脆性材料，但是在某些情况下可以接受很大程度的塑性变形。增塑剂的增加将使塑性流动在不同环境温度下发生

3、一系列测试模式，如张力1，压缩 1，2或弯曲1。非增塑环氧树脂在经过单轴压缩变形后具有较好的限延性，因为在这个测试模式里有一个较大的静水压缩元件。玻璃聚合物的塑性变形最近受到大量关注。两大基本理论基于塑料流动在分子水平上的物理描述已开发鲍登3-5和氩6-8。对于这个问题此前的方法是基于应用粘性流动理论修改的粘弹性模型。鲍登理论与氩理论在方法上各不相同，不使用Eyring模型以及都与发生在塑性流动期间的分子位移的热激发有关。这两个理论通过玻璃状热塑性聚合物的塑性流动数据得到测试，常见的聚合物如聚苯乙烯4,6聚甲基丙烯酸甲酯4-6聚乙烯-邻苯二甲酸6聚碳酸酯6和芳香酰胺系列7，8 。总体而言，这两

4、种理论取得了相当程度的成功，预测了这些聚合物在很宽的温度范围内从非常低的温度到玻璃化转变温度附近的屈服应力。在金属方面，塑性变形和良好的微观结构的关系是完善的10。然而，在玻璃状聚合物变化的过程中产生充足的结构变化是非常困难的，这些变化的结构启用了与分子结构有关的理论获得的参数。例如，聚合物的摩尔质量对塑性变形的影响很小。现在试图发现塑性流动行为与玻热塑料的化学结构的关联。Argon and Bessonov 7, 8看到了把长的僵硬单元引入到芳香族聚酰胺的分子中的作用。他们假设这可能会增大聚合物分子自然链间的间距并且使得塑性变形量减少。迄今为止所有工作说明玻璃状聚合物的塑性变形与热塑性塑料有

5、关。在目前的研究中，我们看到的是交联的热固性环氧树脂聚合物的塑性流动行为。应用这些材料采取不同的数量，不同类型的固化剂和不同的操作时间可能得到不同的结构，特别是密度和交联的性质。报告的第一部分主要介绍固化剂数量的变化和商用环氧树脂塑性变形的后固化温度对塑性变形的影响，并且解释了各个理论的各个条款，发展到能解释玻璃状聚合物的塑性变形。在第二部分我们展示了在这些材料中的裂纹扩展是受树脂的塑性变形行为控制。2实验过程2.1成型和制样目前此研究用的树脂是一个商用双酚A二缩水甘油醚（DGEBA），与Epikote 828（壳牌）的三乙烯四胺（TETA），经过初级混合得到二级胺。成型条件的详细内容被记载到

6、以前的出版物上11-13。固化剂使用的四种不同的数量是：7.4, 9.8, 12.3和14.7每份。对于所有的初始硬化成型反应可以在不同时期高温固化前在室温下反应24小时。铸造树脂在形式上有两种不同的厚度：3.9和6.3ram。2.2. 杨氏模量的测定把3.9mm的模压树脂片切成30mm*70ram的矩形片。 树脂的系数由三点弯曲确定，用一款英斯特机械测试机作用在不同的跨杆头速度下得到。图解说明如图1a。载荷p和试样中心位移y的关系体现在图1b。而且p与y的比值通过方程与树脂的杨氏模量有关14，式中的b和h分别是试样矩形截面的宽度和厚度。两个支撑点之间的距离是L树脂的模量是E 。位移Y取决于跨

7、头的运动，同时要考虑到机器的柔韧性。图1杨氏模量的确定(a)三点弯曲测试(b)载荷-位移曲线。2.3. 屈服应力的测量用6.3毫米的树脂板加工的长10毫米直径5毫米的圆柱样本，他们在环境室的英斯特朗测试机的抛光润滑板之间发生单轴压缩变形如图2a 。公称应变e取决于横跨头的位移，受机械的柔韧性影响。载荷p转化为真实应力T在方程中应用的是最初的横截面面积A0。方程是假设恒定体积变形。图2b显示的是典型的应力应变关系曲线。图2屈服应力的测量(a)单轴压缩样本(b)应力-应变曲线。3结论3.1杨氏模量的测量环氧树脂杨氏模量的变化由材料的不同和测试变量决定。如图3所示E的变化与固化剂的含量和室温下（22

8、+-20c）应变比有关。在所有情况下，模量随跨杆头速度的增加略有上升；随着树脂中固化剂含量的增加而下降。图4是模量E的变化与不同温度下固化3小时具有相同数量固化剂的不同树脂的跨杆头速度的关系。测试都是在室温下，跨杆头速度越高，固化温度越低，模量越高。图3杨氏模量E与在100下后固化3小时一系列树脂在22+-2条件下测得的跨杆头速度的关系。图4杨氏模量的变化与包含9.8份TETA在不同温度下后固化3小时的一系列树脂的跨杆头速度的关系。环氧树脂的模量采取在不同的测试温度下选择恒定的跨杆头速度进行测试。结果在图5中显示。可见在各情况下树脂的模量随着测试温度的增加而稳定的下降。在温度接近树脂的玻璃化转

9、变温度时，模量有一个突然的下降。不同树脂的玻璃化转变温度的数值由DSC法测得15。图5杨氏模量E与在100后固化3小时包含不同量TETA的树脂的测试温度的关系。3.2屈服应力的测量不同树脂的屈服应力y通过在3.1节中使用的类似的跨杆头速度和温度来测量。图6给出了屈服应力的变化与具有不同固化剂含量的树脂的跨杆头速度的关系。图3的数据显示屈服应力随着跨杆头速度的增加而增加，随着树脂中固化剂数量的增加而减少。后固化温度对于含9.8份固化剂的树脂的屈服应力的影响如图7 。这种现象类似于相应的模量变化。图6屈服应力y与在100下后固化3小时一系列树脂在22+-2条件下测得的跨杆头速度的关系。图7屈服应力

10、的变化与包含9.8份TETA在不同温度下后固化3小时的一系列树脂的跨杆头速度的关系。测试温度对四种不同配方树脂的屈服应力的影响如图8。 这种现象与相似树脂的杨氏模量的变化类似（如图5），但是随着温度的增加屈服应力下降的速度比模量的变化更加迅速。变形后的标本称为切片，把它放在偏振光显微镜下观察。观察到变形是均匀的，没有剪切带的形成16,17。图8屈服应力y与在100后固化3小时包含不同量TETA的树脂的测试温度的关系。4讨论乍看之下，模量的变化与不同环氧树脂测试变量的屈服应力的变化和玻璃热塑性塑料显示了相似的行为。环氧树脂服从多年前由布朗提出的支持玻璃状聚合物产量的经验规则18。模量E增加，屈服

11、应力y也增加，屈服应力与模量的比值的变化范围在1/60 - 1/30。它可能成功的解释玻璃态聚合物的屈服行为，相关分子理论的条款最近已被提出。这些理论的测试就是为了研究在比较宽的温度范围内多个参数中的单个因素变化时模量E和屈服应力y的关系。4.1 Argon理论由Argon和Bessonov 6-8提出的适应于玻璃态聚合物的屈服理论提出了屈服是通过由边缘位错形成的原位分子缺陷产生的热激活而发生的。该数学分析有些复杂，但预测剪切屈服应力和剪切模量之间的关系，其最终的关系式相对简单。表达式8如下：其中T是相对温度，常数A、B可由下列关系式给出：其中是泊松比，k是玻尔兹曼常数，是分子链在最终结构和激

12、活结构之间旋转的网角，是平均分子直径。剪切应变由 给出，它是指前频率因子，其数值经常去取1013/s。这些关系式预测了以和为坐标作图，应当是直线。同时，对大数玻璃态聚合物， 的数值取0.3，期待聚合物都有相同的截距，当温度降至0时，A取0.16。为验证该理论对部分3数据的可用性，将模量和屈服应力转化成相应的剪切模量和剪切应力是必要的。可使用关系式8得到：对环氧树脂泊松比取0.3511且关系式3中的关系是在假设屈服服从冯米塞斯标准19。严格的说，E(T)和 y（T）可在同一应变率下测量。在以下描述的计算中，相同的跨杆头速度被给出，但是将产生大量的错误是无法想象的。图9显示了对树脂不同公式中(/

13、)5/6随T/ 的变化。所用的数据来自于图5和图8。所画的线很好地适合低温数据。从中可以看出关系式3适合低温条件但当靠近树脂的Tg时，聚合物变得坚韧，数据点趋向于平行于坐标轴。Argon和Bessonov6-8在一系列的玻璃态热塑性聚合物中也发现了该偏差。该偏差趋向于按树脂的公式被影响。对含7.4份固化剂的树脂，直到Tg仍服从关系式3。关系式所适合的温度随固化剂的量的增加而逐渐地降低，直到含14.7份固化剂，偏差发生在5以上，超过100，低于Tg的应变。图9从图5和图8中得到的数据做出的(/ )5/6和T/ 的关系图。4.2鲍登理论大约在氩理论形成的同一时段，由鲍登和工作人员自主研发的预测玻璃

14、状聚合物的另一种模式出现了3-5。这个模型在概念上是简单的，它设想作为在小圆盘状聚合物剪切区域的压力下的热激活核在产量过程中的关键一步。此区域的剪切应变假定类似于具有一个柏格斯矢量的位错环，等于剪切位移。必须强调的是，位错的概念只是一个比喻，它的产生是由于解决方案中的位错环的压力和能量是随手可得的，在玻璃状聚合物中位错是一直存在的。影响位错环能量的因素：半径R固体的汉堡向量b剪切模量和外加应力之间的关系式： （8）r0 是为错的核心半径。能量循环U随着R的增加而增加，直到U达到一个最大值Uc ，可以由公式（8）推导出来：（9）核心半径r0可以通过假设在绝对零度 达到一个临界值使得r0约等于b被

15、消除。鲍登假设当能量Uc达到50KT时，收益率将提高，而这些能量可以从热波动获得。如果U值选择Uc,根据公式11可以选择合适的b值，实验值和预测相应的值。的 值可以由图5中的模量数据确定。通过图5的模量数据确定的值，通过公式6来预测值的变化与图10中的温度线。通过公式7计算得到的值在图10中给出，选择合适的b值满足理论线实验点。柏格斯矢量b值随着树脂中固化剂含量的增加而增加，可以看出，理论预测和在较宽的温度范围内的实验数据的协议是非常好的。这个理论适应在玻璃化转变温度附近，与氩理论（单元4.1）相反。图10剪切屈服应力与不同配方的树脂的关系图。最近kitagawa 深化了鲍登理论，和可以通过关

16、系式得到:（10）0和0是剪切模量和剪切屈服应力的值，正如一些参考温度T0 (方便的环境温度)，n是一个独立的温度指数。Kitagawa理论说明对于大多数聚合物公式12允许较大的温度范围。对于非晶聚合物n值是唯一的1.63，对于半结晶聚合物在0.8到0.9之间。图11是不同配方的树脂在较宽温度范围内测试的和的对数图。图中1.63的线是斜线，所有的测试点都在它的周围。这进一步说明环氧树脂的屈服行为与玻璃状聚合物的相同，交联从本质上不会影响聚合物的屈服行为。图11通过公式12的对数关系得到的和的主曲线图。5结论一系列含有不同量固化剂的玻璃状环氧树脂的塑性变形符合鲍登和氩产量理论的条款。这两种理论的

17、观点是变形过程是由于热激活本地分子扭转和小圆盘状剪切区域。结果说明鲍登理论适用从较宽的温度范围到玻璃化转变温度。对与玻热塑性塑料来说，屈服应力和杨氏模量的温度变化形式是相同的。另一方面，氩和索诺夫理论只适用于低温，一般情况下并不适合非常接近玻璃化转变温度。然而，它确实允许生成分子参数，并且已获得的环氧树脂的参数值与以前得到的玻热塑性塑料的化学结构非常类似。很明显，在玻璃化转变温度以下的环氧树脂的塑性变形与无定形玻热塑性塑料的变形本质相同。6.参考文献1. O. ISHAI, J. Appl. Polymer Sci.11 (1967) 963.2. P. B. BOWDEN and J. A.

18、 JUKES, J. Mater. Sci. 7(1972) 52.3. P. B. BOWDEN, The Physics of Glassy Polymers,edited by R. N. Howard (Applied Science Publishers, London, I973) p. 279.4. P. B. BOWDEN and S. RAHA, Phil. Mag. 29 (1974) 149.5. A. THIERRY, R. J. OXBOROUGH and P. B.BOWDEN, ibid 30 (1974) 527.6. A.S. ARGON, ibid 28 (1973) 839.7. A.S. ARGON and M. I. BESSONOV, Polymer. Eng.Sci, 17 (1977) 174.8. Idem, Phil. Mag. 35 (1977) 917.9. H. EYRING,J. Chem. Phys. 4 (1936) 283.10. R.W.K. HONEYCOMBE, The Plastic Deformation of Metals (Edward Arnold, Lond