玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究

1、齐齐哈尔高等院校摘要：纤维玻璃是一种性能优良的无机非金属材料，种类多，绝缘性好，耐热性强，耐腐蚀性好，机械强度高，缺点是性脆，耐磨性差，不适合作为结构用材料的纤维玻璃强化环氧树酯类复合材料的研究现状和研究方向，为寻找新的研究方向开辟道路牛鼻子关键词：纤维玻璃环氧树酯复合材料的研究现状研究方向1，前言纤维玻璃增强树脂类复合材料具有轻量高强度、疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，在各领域广泛应用，能以纤维玻璃和环氧树酯制造层压制品，是性能优异的绝缘材料，也是电力、电、 最初被广泛应用于电子等领域，最近被用于飞机、火箭等，近年来民间也急速发展，被应用于舰船、建筑、体育机器等领域，使用量正在增加。

2、 其中，环氧树酯是先进复合材料中应用最广泛的树脂系统，它适用于多种成形工艺，调制不同配方，调整黏性系数范围，可适应不同的生产工艺。 由于其储存寿命长、固化时不释放挥发物、同化收缩率低、固化后的产品具有优良的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高绝缘性，在环氧树酯支配着高性能复合材料市场的今天，复合材料输电杆塔在欧美和日本得到应用，其中美国的研发和应用我国在20世纪50年代对复合材料电线杆进行了研究，但由于当时的材料性能和制造工艺的限制，复合材料电线杆无法得到普及使用。 近年来，复合材料技术的迅速发展和传统输电杆塔的缺陷逐渐出现，电力行业开始重视复合材料杆塔的应用研究。 随着电力网建设的迅速发展，

3、出现了全国联网、西电东送、南北相互供给的建设格局，输电线路工程增益增加，对钢材的需求越来越大，消耗了大量的矿物资源和能源，在一定程度上加剧了生态环境破坏。 此外，线路杆塔采用全钢结构，质量大，施工运输和运行维护困难。 因此，用新的环保材料代替钢材建设输电杆塔引起了输电行业的关注。 纤维玻璃增强树脂基复合材料具有高强度、重量轻、耐腐蚀、耐久性能与电绝缘性好、易维护、温度适应性强、性能可设定、环保等特点，是输电杆塔结构的理想材料。 越来越受到国内外电力行业的关注。 目前，纤维强化复合材料输电杆塔以其优异的综合性能在日本和欧美地辖区应用，其中美国的研发和应用比较成熟，制定了相关产业标准，美国土木工程

4、师学会制定了输电杆塔中frp产品的应用标准。 在输电杆塔中普及复合材料，不仅可以减少矿物资源破坏，保护环境，而且更容易解决输电线路的风偏和污染事故，提高线路的安全运行水平，减小了塔的尺寸，降低了线路的维护成本。 2 .低温性能研究2、1单向式复合材料板的制作首先，取一定量加热后的环氧树酯，然后加入强化剂和稀释剂，用65搅拌l h后，蒸发制冷到室温，逐渐加入固化剂。 加入硬化剂时，边加入边搅拌。 固化剂和环氧树酯混合到一盏茶中后，充分干燥后降低到室温变成粉状的填料与树脂均匀混合，得到环氧树酯膏。 为了使复合材料的结构和性能在产品中发挥一盏茶的作用，需要选择适当的处理方法hj。根据实验条件，采用手

5、卷成形法，通过浸渍、卷绕、固化等工序制备单向式增强复合材料。 材料成形工艺残奥表为1202 h 1604 h。 用100b型微机控制电子万能试验机，检测试料的力学性能。 2、2实验结果和分析(1)对复合材料常温力学性能、纤维玻璃含量不同的复合材料用电子万能试验机进行了弹性模数、纵向和横向极限拉伸强度和压缩强度测定，纤维玻璃增强环氧树酯单向式复合材料的力学性能可随着纤维含量的增加而增强，纤维含量少则复合材料的性能增幅不大，但纤维含量达到50，则复合材料这是因为，如果纤维的数量少，其负担的应力也相对少，由于纤维的添加，原来连续的沉积基质被切断，在树脂中形成一定数日的缺陷，不利于弹性模数的增加。 如

6、果纤维在某种程度上增加并均匀地分布在树脂沉积基质中，则纤维良好地承担受力作用。 由于纤维与沉积基质界面结合，纤维的变形受沉积基质限制，纤维也能阻止沉积基质变形，良好地增强复合材料。 但是，如果纤维的含量过多，一部分纤维不能被树脂浸润到一盏茶，因此在材料中形成多个结合弱的界面，如果材料受到力，则这些个的界面容易脱离，失去应力传递，性能降低。 s纤维玻璃的综合力学性能均高于电子纤维玻璃，尤其是纵向力学性能明显高于电子纤维玻璃复合材料. 由于纤维强化复合材料的纵向力学性能直接依赖于增强纤维，高强度s纤维玻璃增强的单向式层压板的纵向拉伸、压缩强度高于e玻璃增强的单向式层压板。 另一方面，纤维强化复合材

7、料的横向(垂直纤维方向)力学性能直接依赖于树脂沉积基质的性能j，剧烈，复合材料的横向强度远低于纵向，极限拉伸强度为mpa级. (2)复合材料的低温力学性能从复合材料的常温力学性能试验中得知，纤维玻璃体积含量为50时，该材料的性能良好，因此对含50纤维玻璃的复合材料在4 k、76 k下的力学性能进行了进一步检验，并与室温(298 k )下的力学性能进行了比较。 结果表明，随着温度的降低，复合材料的纵向极限拉伸强度和纵向抗压强度都有增加的趋势。 在抗拉性能方面，温度降至76 k时材料强度值最高，s纤维玻璃环氧复合材料的极限拉伸强度最高值为2 1 gpa，e纤维玻璃环氧复合材料的最大极限拉伸强度可达

8、到14 gpa。 在压缩性能方面，s纤维玻璃和e -纤维玻璃环氧复合材料均随温度的降低而升高，s -纤维玻璃环氧复合材料的压缩强度更高，但随温度的降低，e -纤维玻璃环氧复合材料的压缩强度值更显着增加。 分析其主要原因是纤维、树脂沉积基质在复合过程中形成的界面的粘结强度直接影响复合材料的力学性能。 界面粘结作用的形成方式是共价键、较弱的范德瓦尔斯键及界面摩擦力，纤维与沉积基质之间的粘结性和摩擦力依赖于材料表面的润湿性和横向压力作用。 随着温度的降低，纤维、树脂的收缩不同，会影响界面摩擦力和粘接性连接作用的大小，影响界面的粘接强度。 低温下的纤维玻璃横向收缩比树脂沉积基质小，界面摩擦力增强，因此

9、低温下的纤维玻璃强化复合材料能够得到高的界面粘接强度，能够显着提高纤维玻璃环氧复合材料的低温力学性。 表面处理纤维提高复合材料的界面强度被认为是提高复合材料综合力学性能的重要手段。 2，3结论： 1、纤维玻璃增强环氧树酯单向式复合材料的力学性能随纤维含量的增加而增强，纤维体积含量为50时，复合材料具有较好的综合力学性能.2 .随着温度的降低，复合材料的极限拉伸强度和抗压强度都有增加的趋势。 温度下降到76 k时，材料强度将达到最高值，s纤维玻璃环氧复合材料的极限拉伸强度最高值为21 gpa，电子纤维玻璃环氧复合材料的最大极限拉伸强度也将达到14 gpa。 3 .经过分析，纤维玻璃环氧复合材料温

10、度下降引起性能上升的原因是低温下的纤维玻璃横向收缩比树脂沉积基质小，界面摩擦力增强，得到高界面粘接强度，其综合力学性能明显提高。 3、介电特性研究3、1纤维玻璃增强树脂基复合材料介电性能的影响因素(1)树脂沉积基质选择介电质材料用低介电常数复合材料沉积基质的原则是： (1)树脂分子中的化学键的极性小；(2)极性化学键的含量低；(3)分子具有很多支链，可以增大材料的自由体积，降低极性键的浓度。 但是，在实际应用中，不仅是介电性能，机械性能、耐温性、吸湿性、加工工艺性等也必须考虑到云同步。 除上述热固性树脂外，聚四拉夫领氟乙烯分子无极性，具有优异的介电性能，其介电常数小，在40250、510ghz

11、下稳定在21左右，介电损耗角正切也小，10称为10_5级。 优良的介电性能使其作为透波复合材料的应用具有显着的优势，近年来，许多科工作者对其进行了大量研究，将其开发应用推进到了新的阶段(2)界面的影响复合材料。 纤维与树脂基体之间的界面是应力、应变和电压在基体与纤维之间有效传递的桥，良好的界面提高了复合材料的力学性能和介电性能，在能够降低材料的复合材料中，纤维与树脂的界面对材料介电性能的影响可以用界面极化分析。 所谓界面极化，就是在不均匀的介电质系统中，当两种介电质的介电常数和导电率不同时，在两种介电质的界面上积蓄电荷，产生与此相应的极化。 不均匀介电质的宏命令性质与构成其的各组要素自身的性质

12、和各组要素的形状及混合方式两者有关。 界面的微观结构理想的表现和模型很少，只能用材料的宏命令性能来反映。 3，2纤维玻璃增强树脂基复合材料的介电性能研究进展ptfe具有极好的介电性能、宽工作温度范围、极小吸水率、良好的非碳化烧结性、极好的耐药性等综合性能，是研制透波材料的理想基体。 但由于成形加工困难，机械性能差，其广泛应用受到限制。 近年来，国外在对pn、电子化学基透波复合材料的研究中，除了用纤维(机织物)解决机械性能差的缺点外，还进行了环境要素对材料介电性能的影响、成形工艺及界面改性、耐热性提高等研究，以期实现高透波率、耐环境性、成形工艺及力学性能的统一。 美国、露西亚等国家已经开发了一些

13、透波材料系统，在航天飞机无线系统上有一定的应用。 我国相关研究相对薄弱，主要进行了成形技术的改进、界面改性、耐烧结透波研究等。 氰酸酯树脂具有低介电常数、低介电损耗，而且吸湿率低、耐温性优异，因此也成为高性能介电质复合材料的树脂基体14|。 但是，由于纯氰酸酯树脂聚合后的内链刚性大、交联度高、体系脆性大、单体制造工艺毒性大、转化率低等因素，其广泛应用受到很大限制。 近年来，氰酸酯通过与其树脂共聚来弥补缺点，多满足工业应用的性能要求。 3，3结论影响纤维玻璃聚合物复合材料介电性能的内在因素是树脂、纤维和界面，其中树脂、纤维各自的介电常数和相对含量决定了复合材料的宏观介电性能。外界环境中的温度由于

14、影响分子链的极化运动和热运动而影响介电性能的吸湿由于水分子的侵入使分子极性的浓度增加，使复合材料的介电性能恶化。 3 .疲劳性能的研究(1)试验材料疲劳试验的拉杆材料为egfrp，采用的玻璃钢纤维型号为9600tex，环氧树酯为特殊环氧树酯，具有良好的耐热、耐久性和电绝缘性能。 (2)试验片设置修正疲劳试验中使用的拉杆试验片(编号flg )是从节点取下的拉杆的修正8个，未经疲劳处理的拉杆试验片(编号lg)4个，拉杆材料性试验片(编号ll)8个。 (3)用试验方案试验升降法测定试件的条件疲劳极限负荷，其负荷频率为l hz，额定周期次数为105次，应力周期对称系数为01。 记录了试验中施加在各试验

15、片上的负荷的大小和试验结果、试验片破坏时的负荷多元数以及试验片负荷中的最大和最小的位移量。 (4)实验设备本次试验采用mts810250疲劳试验机。 该试验机共有4个移位资金头寸： 250、150、100、50 kn，最多可进行250 kn的疲劳试验。 试验片1 :第1次负荷峰值50 kn、循环负荷105次。 试验片2 :试验片l破坏时，负荷峰值根据试验片1的负荷峰值化学基减少25 kn，如果试验片1没有破坏，负荷峰值除了试验片1的负荷峰值之外，还增加50 kn，反复装载105次。 试验片3 :试验片2破坏时，负荷峰值根据试验片2的负荷峰值化学基减少125 kn如果试验片2没有破坏，负荷峰值在

16、试验片2的负荷峰值的基础上增加125 kn，反复装载105次。 试验片4 :试验片3破坏时，负荷峰值根据试验片3的负荷峰值化学基减少125 kn如果试验片3没有破坏，负荷峰值在试验片3的负荷峰值之外增加125 kn，反复装载105次。 试验片5 :试验片4破坏时，负荷峰值根据试验片4的负荷峰值化学基减少125 kn如果试验片4没有破坏，负荷峰值在试验片4的负荷峰值之外增加125 kn，反复装载105次。 测试片68的装载方法与测试片5、疲劳装载状况相同。 (5)结论根据1，105个循环载荷，试验片的疲劳极限应力为24675 mpa，对应极限载荷为9375 kn。 2 .试验片的位移幅度随负荷次

17、数的增加而增加，各试验片在疲劳试验中的位移幅度为384.9mm。 3 .因为试验片的连接部位的强度比复合材料自身的强度小，所以试验片的疲劳破坏都是连接部位的破坏，重点考虑连接部位的强度是否满足疲劳要求来进行修正。 4 .盐雾环境对其力学性能的影响4，1盐雾实验盐雾试验参照gjb 1501186进行。 为了更好地模拟海洋大气环境，采用中性盐雾条件，试验溶液质量分数为5的分析纯nac的水溶液，温度为35。 连续喷雾60天，分别采集未老化试料和老化8、16、40、60天后的试料，测定其重量增加率进行力学试验。 4，2力学性能纤维玻璃增强环氧改性酚醛树脂的抗拉应力一应变曲线为硬脆型，即弹性模数大，屈服强度中等(或无屈服极限)，断裂强度中等，断裂伸长率小。 试验结果符合该特征，拉伸曲线无屈服极限，最大应力发生在断裂点，断裂时力为断裂极限拉伸强度。 为了更明确且正确，横轴以时间置换应变值，试样的伸长率小(约1 )，因此在载荷速度不变的情况下，夹具的位移与时间成比例，纵坐标以载荷值置换应力值，但由于载荷中的试样截面积的变化小，因此可以忽略。 如果将复合材料力学性能数据的分散性考虑在内，仅用个别抗拉性能指标评价材料老化，或仅用一个平均值