循环湿热作用下环氧树脂动态力学行为与本构模型研究
材料力学中的本构模型研究与应用
材料力学中的本构模型研究与应用材料力学作为一门研究物质内在性质的学科，其一个重要的研究对象是材料的本构行为。
本构模型作为描述材料本构行为的数学模型，它的研究和应用对于工程实践有着重要的意义。
什么是本构模型本构模型是指通过在数学模型中描述材料的宏观力学性质和微观结构来揭示材料的本质规律和特性的模型。
其中宏观力学性质包括材料的应力、应变和强度等，微观结构包括材料的晶粒、晶界、孔隙等。
本构模型主要由两大部分组成：一是从力学上描述材料的动态响应；二是确定力学响应所依存的材料本构关系。
在材料力学中，本构模型可以分为线性本构模型和非线性本构模型两大类。
更具体的，在弹性领域内，大部分材料的本构模型都是线性的，即适用于Hooke定律；而在塑性领域内，就需要使用非线性本构模型来描述材料本构行为。
本文将以弹性本构模型为例，探讨本构模型的研究和应用。
研究本构模型的方法材料本构模型的研究主要分为两个方面：一方面是通过实验和观察来获得材料宏观的机械性能参数；另一方面则是通过数学模型建立材料的内部微观结构。
这两个方面相辅相成，都是建立可靠的本构模型的必要条件。
第一个方面主要依赖于材料力学实验，并结合计算力学方法来解释实验现象。
实验过程中，利用外界施加的力将材料变形，通过测量产生的应变和应力，来建立材料的本构模型。
常用的实验方法有拉伸、压缩、弯曲等，还可以进行超声波和光学等无损检测。
通过实验获得的数据，还需要使用计算力学的方法，进一步分析和建立本构模型。
第二个方面则依赖于多尺度模拟方法，通过分子动力学、有限元分析等多种数学工具对材料微观结构进行描述和分析。
结合实验结果，可以更加准确地建立本构模型，以使其能更好地预测和模拟材料的力学响应。
本构模型的应用本构模型的应用主要有以下几个方面：1. 宏观材料性能的预测和评估：通过建立可靠的本构模型，可以模拟材料在不同载荷下的力学响应和变形行为，从而预测材料的宏观力学性能；可以评估材料的强度、疲劳寿命等关键参数，以支撑工程设计和应用。
环氧树脂的改性研究发展
环氧树脂的改性研究发展付东升 1 朱光明 1 韩娟妮2（1西北工业大学化工系，2西北核技术研究所）1、前言近年来，科研工作者对环氧树脂进行了大量的改性研究，以克服其性脆，冲击性、耐热性差等缺点并取得了丰硕的成果。
过去，人们对环氧树脂的改性一直局限于橡胶方面，如端羧基丁脂橡胶、端羟基丁腊橡胶、聚琉橡胶等[1—4]。
近年来，对环氧树脂的改性不断深入，改性方法日新月异，如互穿网络法、化学共聚法等，尤其是液晶增韧法和纳米粒子增韧法更是近年来研究的热点。
综述了近年来国内外对环氧树脂的改性研究进展。
2、丙烯酸增韧改性环氧树脂利用丙烯酸类物质增韧环氧树脂可以在丙烯酸酯共聚物上引入活性基团，利用活性基团与环氧树脂的环氧基团或经基反应，形成接技共聚物，增加两相间的相容性。
另一种方法是利用丙烯酸酯弹性粒子作增韧剂来降低环氧树脂的内应力。
还可以将丙烯酸酯交联成网络结构后与环氧树脂组成互穿网络(IPN)结构来达到增韧的目的。
张海燕[5]等人利用环氧树脂与甲基丙烯酸加成聚合得到环氧-甲基丙烯酸树脂(EAM)，其工艺性与不饱和聚酯相似，化学结构又与环氧树脂相似，得到的改性树脂体系经固化后不仅具有优异的粘合性和化学稳定性，而且具有耐热性好、较高的延伸率，固化工艺简单等优点。
同时由于共聚链段甲基丙烯酸酯的引入，体系固化时的交联密度降低，侧基的引入又为主链分子的运动提供更多的自由体积，因此改性体系的冲击性能得以提高。
韦亚兵[6]利用IPN法研究了聚丙烯酸酯对环氧树脂的增韧改性。
他将线性聚丙烯丁酯交联成网状结构后与环氧树脂及固化剂固化，形成互穿网络结构。
该方法增加了丙烯酸丁酯与环氧树脂的相容性。
该互穿网络体系具有较高的粘接强度和优异的抗湿热老化能力。
李已明[7]通过乳液聚合法首先制备出丙烯酸丁酯(PBA)种子乳液，在引发剂作用下合成出核乳液，然后在该种子上引入聚甲基丙烯酸甲酯壳层得到核壳粒子。
利用该粒子来增韧环氧村脂时，由于聚甲基丙烯酸甲酯的溶解度参数与环氧树脂的溶解度参数相近，因此两者的界面相容性非常好。
环氧树脂固化动力学的研究及应用
环氧树脂固化动力学的研究及应用环氧树脂是一种特殊的复合型材料，已经被广泛的应用于了各行各业，具有综合的特性，环氧树脂的应用对于社会的进步、时代的发展具有重要的作用。
本文主要采用DSC的等温与非等温的办法对环氧树脂进行了实验探究，来研究环氧树脂的固化动力学。
标签：环氧树脂；DSC；固化动力学；研究环氧树脂是一类重要的热固性基体树脂，是一种复合材料。
环氧树脂具有良好的机械性、绝缘性、黏结性、低收缩性以及耐腐蚀性。
环氧树脂的复合特性能够被广泛的应用于多个领域，极大了推动了社会的发展。
其中这项复合材料的技术支撑就是环氧树脂的固化动力学，这是研究复合材料的基础。
一般来说，对于环氧树脂固化动力学的研究主要是运用差示扫描热量法，即是DSC。
这种方法又包含两个层面，分别为等温法和非等温法。
对环氧树脂的固化研究，并确定其固化动力学模型具有重要的意义。
1 环氧树脂固化动力学分析1.1 准备阶段首先，要对环氧树脂进行操作。
这是对环氧树脂进行固化分析的一个重要的阶段。
在这个阶段将环氧树脂混合以后，仍然是呈现液体的状态，在液体的状态就可以被应用于多个方面。
对于环氧树脂的操作阶段一定要注意，要做到良好的控制以保证环氧树脂的黏结性，从而才能很好的保证环氧树脂的性能不被破坏。
1.2 固化阶段当将环氧树脂進行混合之后，液体慢慢转变为固体，进行固化。
这一固化的过程也称为熟化阶段，这个阶段的实验一定要控制好时间，时间过长过短都会影响环氧树脂的固化效果。
时间如果过短的话，就会导致粘性比较差。
此外，还需要注意的是，在环氧树脂进行固化的过程中不能出现任何的干扰，只有保证整个过程的稳定，才能够得出有效的实验结果。
同时，在实验的过程中，还要及时处理好环氧树脂的表面，保持表面清洁，以此来保证环氧树脂自身的性能。
1.3 最终阶段在经过了前面操作阶段与固化过程阶段，就是最终的固化阶段了。
在环氧树脂经过实验呈现固体状态后，就需要对其进行按压，如果这个时候的环氧树脂的最终反应强度有90%，那么就可以将固定夹件去除，然后将其放在正常的室温环境下，继续进行固化即可。
环氧树脂／芳纶布复合材料性能研究与应用
的座椅等， 可使结构件减重， 并且性 能 良好 ， 不易分
层
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４２
上 程塑料应用
２０ ０ ６年 ， ３ 第 ４卷 ． ４期 第
至（２ ± ） １５ ５ ℃并保温 ９ ｉ； ０ｍｎ 自然冷却至 ６ ％以下 ０
取 出， 裁切 成标 准试 样 。
其铝 一 铝剪切强度大于 ３ Ｐ （ Ｇ １４— ９ ６ ０Ｍ ａ 按 Ｂ７ ２ １８ 测试） ２ ３Ｅ 。３ ３ Ｐ浸渍玻璃布 、 碳布 及芳纶布所制预 浸料的外观均匀 、 粘性适 中、 工艺性好。３３ Ｐ及 ２３Ｅ 其复合材料的性 能类似于国外在直升机上广泛使用
（） １ 预浸 料
（） ３ 夹层 板
从表 ２可 见， 该预浸料的物理性能满足指标要 求， 其外观和工艺性 良好 ， 可满足复杂曲面制件对预
浸料 柔软 性 和粘 性 的要求 。 ２ ２ ３ ３ Ｐ７ ６芳纶布 复合 材料 的 性能 ． ２ ３Ｅ ／９
料 的常规 性能和耐热性较好 ， 采用模压 法和 热压罐 法成型 的层 压板性 能相 当， 夹层板 的滚 筒剥 离 强度 高， 树脂基 体
具 有韧性 ， 扫描 电镜观察发现 复合材料 的界 面粘接情 况良好 。该预 浸料 已用于直升机 次承力结构 关键 词 环氧 树脂 芳纶布 复合材料 性能 应用
笔者采用 ３３ ２３中温 固化 Ｅ Ｐ浸渍用 Ｋ ｖ ｒ ９ ｅｌ ａ４ 纺织的牌号为 ７６的芳纶布 ， ９ 制备 了复合材料层压 板， 并研究了其各项性 能。这种复合材料层压板 可 采用模压法或热压罐法成型 ， 比较 了两种成型方 法
对层压 板 力学性 能 的影 响 。３ ３ Ｐ ７６芳 纶 布 预 ２ ３Ｅ ／９
7弯曲弹性模量gpa栾囊慧影干燥216911232979湿热1000h237100室温49层间剪切强度mpa栾囊慧夥干燥j217443338197689402湿热1000h233233ep796芳纶布层压板的断面形貌对3233ep796芳纶布层压板的剪切破坏试样的断面进行sem观察照片见图la一放大1000倍tb一放大2000倍图13233ep796芳纶布层压板试样剪切断面sem照片树脂基体具有较好的韧性和阻燃性
环氧树脂的流变性能研究
环氧树脂的流变性能研究摘要：环氧树脂是一种重要的热固性树脂材料，在工程领域中具有广泛的应用。
对于环氧树脂材料的流变性能的研究，对于掌握其特性以及改善其加工和应用具有重要意义。
本文通过综述文献和实验方法，对环氧树脂的流变性能进行了研究。
引言：环氧树脂作为一种热固性树脂材料，具有许多优良的性能，如高强度、优异的耐化学性和耐热性等。
因此，在工程领域中被广泛应用于粘接、涂层、复合材料等领域。
环氧树脂材料的流变性能是影响其加工和应用的关键因素之一。
了解和研究环氧树脂的流变性能对于提高其加工和应用的效率具有重要意义。
一、环氧树脂的流变性能的研究方法1. 流变试验流变试验是研究环氧树脂流变性能的基本方法之一。
通过对环氧树脂的应力-应变关系进行测试和分析，可以获得其力学性能和变形行为。
常见的流变试验方法包括剪切流变、弯曲流变和压缩流变等。
通过这些试验，可以获得环氧树脂在不同温度和应变速率下的流变特性，进而了解其流变行为规律。
2. 动态力学分析动态力学分析是研究环氧树脂流变性能的重要手段之一。
通过对环氧树脂样品的频率扫描和温度扫描等实验，可以获得其动态模量、损耗模量和相位角等信息。
这些参数可以反映环氧树脂材料的刚度、粘弹性和胶黏性等特性，为进一步研究其流变性能提供依据。
二、环氧树脂的流变性能研究结果与分析1. 温度对环氧树脂流变性能的影响温度是影响环氧树脂流变性能的重要因素之一。
研究发现，随着温度的升高，环氧树脂的粘度下降，流动性增加。
同时，温度的变化对环氧树脂的弹性模量、剪切模量和粘度等性能参数也有明显影响。
因此，在环氧树脂的加工和应用过程中，需要控制温度以获得所需的流变性能。
2. 应变速率对环氧树脂流变性能的影响应变速率是另一个影响环氧树脂流变性能的重要因素。
研究发现，随着应变速率的增加，环氧树脂的黏度增加，流动性变差。
这是因为应变速率的增加会导致分子结构的重组和固化速度的改变，从而影响了环氧树脂的流变行为。
湿热老化对碳纤维_环氧树脂基复合材料力学性能影响研究
湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能影响研究Study of H ydrothermal Aging Effect on Mechanical Propert ies ofCarbon Fiber/Epoxy Resin Composites吕小军1,张琦1,马兆庆1,许俊华2,肖文萍2(1北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083;(2中国直升机设计研究所,江西景德镇333001) LU Xiao2jun1,ZH ANG Qi1,MA Zhao2qing1,XU Jun2hua2,XIAO Wen2ping2(1School of Materials Science and Engineering,Beijing U niversity ofAeronautics and Astronautics,Beijing100083,China;2Chinese H elicopter Research and Development Institute,Jingdezhen333001,Jiangxi,China)摘要:研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30e和80e两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响。
研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80e下浸泡使复合材料力学性能下降更显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80e下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著。
关键词:碳纤维增强树脂基复合材料;湿热老化;腐蚀中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100124381(2005)1120050204Abstr act:In order to study the influence of solution immersion on mechanism pr operties of carbon fi2 ber reinfor ced epoxy resin composites, 3.5%(mass fraction)NaCl and pur e water solution were used to immer sion solution,and the immersion temperature were30e and80e respectively.The r esults showed that the mechanical pr operties of carbon fiber reinforced epoxy resin composites decreased af2 ter the composites wer e immer sed by the3.5%N aCl and pure water solution,and the decrease of me2 chanical properties was more obvious in80e temperature immersion solutions.T he effect of solution contents on mechanical properties was not obvious at30e,however at80e the decr easing of me2 chanical properties of carbon fiber/epoxy composites in pur e water was more notable.Key words:carbon fiber reinforced epoxy resin composites;wet/hot aging;corr osion复合材料以其优异的力学性能在现代飞机结构部件,特别是直升机上得到了广泛的应用。
湿热老化环境对环氧树脂性能影响研究
ｌ ｗ ｉ ｒ ｆ ｂ ｏ ｔ ｎ ｂ ｈ ｖｏ ．ｈ ｖｎ ｎ ｅ ｕｌ ｒ ｍ ｉ ｕ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ．５ ａ ｄ ａ ｄ ｆ ｓｖｔ ｆ １ ５ １ ｒ ｍ％ ． ｈ ａ ｔ ｍｓ ｏ ｓ ｒ ｉ ｅ ａ ｉｒ ａ ｉ ｇ ａ ｑ ｉ ｂ ｕ ｍｏ ｓ ｒ ｏ ｔｎ ｆ５ １ ％ ｎ ｉ ｕ ｉｉ ｏ ． ｘ ０ ａ ｎ ｅ ａ ｐ ｏ ｉｉ ｔ ｙ ６ Ｔｅ
Ｚ ＨＡＮＧ ｉＹＡＮＧ ｉｎ ｏ ｇ， ＩＨａｂｎ， Ｉ ｈ ｎ ｗ Ｈｕ ， Ｊａ ｈ ｎ Ｌ ｉｉ Ｌ Ｕ Ｃ ｅ ｇ ｕ
（ ｈ ｅ ｏ ｄＡｒｉｅｙ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｏｌｇ ， ｎ７ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｔ ｅＳ ｃ ｎ ｔｌｒ ｎ ｉｅ ｒ ｇＣ ｌ ｅ Ｘｉ １ ０ ５， ｈｎ ） ｌ ｉ ｅ ａ
‘ ａ ｉ ｆｒ ｓｎ． ｇｎｇ ｏ ｅ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｘ ｅ ｉ ｈ ｄ ｏｈ ｒ ｌ ｇ ｎ ； ｇ ｎ ｃ ａ ｉｍｓ ｙｗｏ ｄ ｅ ｏ ｙｒ ｓｎ； ｙ ｒ ｔ ｅｍａ ｉ ｇ ａ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ａ
环氧 基 复合 材料 也 因其 比模 量 、 比强 度 高及 性 能 的 可设计 等 特点 ， 泛 的应 用 于航 空航 天 领 域 的结 构 广 设计 和制 造过 程 中 。作 为传 递 载荷 基体 材 料 ， 氧树 环
ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｅ ｅ ｏ ｙ ｒ ｓｎ ｄ ｒ ｇ ｈ ｄ ｏｈ ｒ ｌ ｇｎ ｒ ｔ ｄｅ ． ｔｗ ｓ ｆｕ ｄ ｔ ａ ｅ ｅ ｏ ｙ ｒ ｓｎ ｏ ｅ ｓｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｉ ｋ Ｓ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ ｈ ｐ ｘ ｅ ｉ ｕ ｎ ｙ ｒｔ ｅ ｍａ ｉ ｇ ｗｅｅ ｓ ｉ ｄ Ｉ ａ ０ ｎ ｈ ｔｔ ｐ ｘ ｅ ｉ ｂ ｙ ｈ ｅ ｏ ｄ Ｆ ｃ ｉ ｔ ｉ ａ ｕ ｈ
第五章动态热力分析
（四）动态力学频率谱 在一定温度下，聚合物动态力学性能随频率的变化称为
动态力学频率谱，即DMA频率谱。用于研究材料力学性能 与速率的依赖性。
图5-13 典型非晶态聚合物的DMA频率谱
28
二、动态热力分析仪器
表5-1 动态力学试验方法
振动模式 自由振动 强迫共振
强迫非共振
声波传播
形变模式
扭转 固定-自由弯曲 自由-自由弯曲
16
聚合物材料是典型的粘弹性材料，这种粘弹性表现 在聚合物的一切力学行为上。
聚合物的力学性质随时间的变化统称为力学松弛。 根据聚合物材料受到外部作用的情况不同，可以观 察到不同类型的力学松弛现象，最基本的有蠕变、应力 松弛、滞后和力学损耗（内耗）等。
17
（二）内耗 聚合物在交变应力作用下，应变落后于应力变化的现象 称为滞后现象。 滞后现象的发生是由于链段在运动时要受到内摩擦力的 作用，滞后相位角δ越大，说明链段运动越困难，越是跟不 上外力的变化。 应变的变化落后于应力的变化，发生滞后现象，则每一 循环变化中就要消耗功，称为力学损耗，也称内耗。 聚合物内耗的大小与试样本身的结构有关，还与温度、 频率、时间、应力（或应变）及环境因素（如湿度、介质等 ）有关。
负荷作用下，试样弯曲形状达到规定值时的温度。 国标规定，升温速度为12℃/6min，弯曲应力为
18.5kg/cm2或4.6kg/cm2，弯曲变形量为0.21mm。
13
（四）拉伸法 采用拉伸探头，将纤维或薄膜试样装在专用夹具上，
然后放在内外套管之间，外套管固定在主机架上，内套管 上端施加负荷，测定试样在程序控温下的温度-形变曲线。
热机械分析仪有两种类型，即浮筒式和天平式。 负荷的施加方式有压缩、弯曲、针入、拉伸等，常用 的是压缩力。
风电叶片用环氧树脂固化动力学特性及力学性能的研究
风 电 叶 片 用环氧树脂固化动 力 学特性及 力 学性能 的研究
郑
1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 澎 ，张彦飞 ，赵贵哲 ，杜瑞奎 ， 030051 ; 2. 中北大学材料科学与工程学院，山西太原 030051 )
升温速率 β / ℃· min 5
－1
图2 表2
树脂体系 HSM
树脂 － ln( β / T P ) 对 1 / T P 线性关系图 不同树脂固化体系的动力学参数
mol － 1 活化能 E / kJ· 42． 09 指前因子 A /10 4 6． 65
2
HSM
10 15 5
SW
10 15
SW 树脂固化体 系 的活 从表 中 数 据 可以 看 出， HSM 树脂固化体 系 的活化能 化能为 37. 57kJ / mol， SW 树脂体系的活化能比 HSM 树脂 为 42. 09kJ / mol， 体系 的活化能 小， 这 说 明 SW 树脂体 系 固化 时需 要 FRP / CM 2011. No. 2
树脂 lnβ 对 1 / T P 线性关系图 不同树脂固化体系动力学方程
反应级数 n 0． 86 0． 85 动力学方程 dα / dt = k( 1 － α) dα / dt = k( 1 － α)
0． 86
树脂体系 HSM SW
T gel ( 胶凝温度) /℃ 42 36
0 ． 85
由表 4 可 知， 两 种 树脂体 系 的 恒 温 固化 温 度 相 差 9℃ ， 相差不是很 大。 两 种 树脂 反 应活性 均 较 高， 固化反应 放 热 集 中， 并 且 均 可 在 低 于 100℃ 时 实 现 固化。为了更好地比较两种树脂体系 浇铸 体的力学 性能， 固化温度 初定 为 25℃ /24h + 80℃ /8h， 满足 真 空辅助浸渗技术。 2. 5 树脂浇铸体力学性能分析 将树脂浇铸体 进 行 性能 实 验， 得到 的结 果 如 表 5 所示。
环氧树脂的改性研究进展
环氧树脂的改性研究进展曾莉;杨云峰;周华【摘要】环氧树脂（EP）是一类应用非常广泛的热固性树脂,在国名经济的发展中占有重要地位,本文综述了改性环氧树脂的最新研究状况,概述了环氧树脂的耐热改性、增韧改性以及阻燃性方面的研究进展,并对环氧树脂改性的新方法进行了展望。
%Epoxy resin（EP） was a kind of thermosetting resin and was widely applied,which occupied an important position in the development of economy.The latest research situation of modified epoxy resin was summarized,including the heat resistant modification,toughening modification and flame retardant.The progress in research of modified by epoxy resin on the new method was also discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2011(039)022【总页数】3页(P20-21,24)【关键词】环氧树脂;改性;耐热性;增韧;阻燃性【作者】曾莉;杨云峰;周华【作者单位】中北大学理学院,山西太原030051;中北大学理学院,山西太原030051;中北大学理学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TQ637环氧树脂(EP)是一类非常重要的热固性树脂，它是聚合物基复合材料中应用最广泛的基体树脂之一［1］。
加入固化剂固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能，它与材料的表面具有优异的粘接性能，介电性能良好且固化收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于涂料、电子绝缘材料以及先进复合材料中增强材料的树脂基体等各领域，常用作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。
DSC动力学方法在环氧树脂中的应用
TA DSC动力学方法在环氧树脂中的应用什么是动力学？动力学是研究化学反应过程的速率和反应机理的方法，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。
用动力学的方法可以用于表征宏观变化的温度与时间，对于研究材料反应活性方面极为有用，而通过动力学实验可以为科研，工艺控制，质量控制提供相关的实验参数。
在实际应用方面，简单说，只需对三个样品做三个DSC 的实验，我们就可以预测最佳的固化温度，使用寿命和结晶度等等。
差示扫描量热技术已经广泛的应用于研究材料的物理变化和化学反应，由DSC曲线通常可以很直接的得到各种转变温度和转变热。
但在很多情况下，大家更想要得到的是其反应速率以及速率随温度的变化。
而要得到这方面的信息则需要建立的复杂模型来得到。
TA仪器公司针对这方面的应用提供了三个用于DSC动力学研究的软件：z Borchardt & Daniels 动力学软件（简称：B/D）z ASTM E-698 动力学软件z Isothermal 动力学软件通过这些软件可以很方便的得到反应级数（n或m），活化能（E），指前因子（Z）和反应速率常数（K）。
将这些数据应用于软件分析程序，就可以得到转化率（а）随时间（t）和温度（T）变化的曲线。
由于单一一种方法不能满足所有的转变，所以必须根据实际情况来选择动力学软件，这样才能得到有实际意义的动力学参数。
以下是三种模型对应的应用领域：模型方法应用Borchardt & Daniels 只需一次升温实验（建议升温速率低于10℃/min）热固性材料固化热塑性材料聚合化学降解ASTM E-698 至少需要三次不同升温速率实验（建议升温速率在1到20℃/min之间）热固性材料固化热稳定性差的材料降解热塑性材料聚合预测加工过程中潜在的危险性Isothermal 至少要在不同温度下进行三次等温实验自催化反应普通n级反应结晶体系光固化体系1．Borchardt & DanielsB/D是最常用的动力学软件，该方法假定反应遵循n级动力学原理，即遵循如下的方程：da/dt = k(T) [1-a]n [1]其中da/dt：是反应速率，单位（1/sec）а：是转化率，单位（无量纲）k(T)：是反应速率常数，单位（T）n：是反应级数，此方法同时需要由阿伦尼乌斯方程来确定反应速率常数：k(T) = Z e-E/RT [2]其中Z：是指前因子，单位（1/sec）E：是反应活化能，单位（J/mol）R：是气体常数，8.314J/mol.KT：是绝对温度，单位（K）将方程[2]两边取对数，即可得到：Ln k(T)=LnZ-E/RT [3]以Ln k(T)对1/T作图可以得到一条直线，如图1图1通过图1，反应的活化能和指前因子可以分别通过斜率和截距求得。
Kevlar／环氧树脂层合材料的动静态力学性能及本构关系
Ｋｅ ｌｒ ｖａ 动态 力学 性 能的 实验 研究 还缺 乏 系统性 ， 有些 甚 至存 在矛 盾 。如汪 洋 等［ 和 夏 渊明 等［ 开展 的 】 ３ ］
Ｋｅ ｌｒ 维束 及 单 向层合 板 在应 变率 在 １ ～ｌ Ｓ 之 间 的冲击 拉伸 实验 表 明 ， ｖａ 纤 Ｏ Ｏ 动态拉 伸 性 能是 应 变
学 性 能 的影 响 。
关 键 词 ：固体 力 学 ； 构 关 系 ； ＨＰ Ｋｅｌｒ环 氧 树 脂 层 合 材 料 本 Ｓ Ｂ； ｖａ／
中 图分 类 号 ： ３ ６４ ０ ４ ． 国标 学 科 代 码 ：１ ０・１４ ３ ５０ 文献标志码 ： Ａ
ｌ 引 言
Ｋｅ ｌｒ ｖａ 纤维 层 合材 料 因质量 轻 、 冲击 性 能 强 、 能 性 好 ， 广 泛用 于装 甲 防护 和个 人 防 护 装 备 。 抗 吸 被 作 为 防护材 料使 用 时 ， 往往 受 到 弹道 冲击 载 荷 的作 用 ， 它 因而 研究 其 动态 力学性 能 十分 重要 。 目前针 对
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第２ ８卷
第 ３期
爆
炸 Ｎｏ ３ Ｉ２ ， ．
Ｍａ ｙ． ２０ ０８
２０ ０ ８年 ５月
ＥＸＰ ＬＯＳ ＯＮ Ｉ ＡＮＤ ＳＨＯＣ Ｗ ＡＶＥＳ Ｋ
文章 编 号 ： ０ １１ ５ （ ０ ８ ０ － ２ ０ ０ １ ０ — ４ ５ ２ ０ ） ３ ０ ０ —７
第 ３期
王 元 博 等 ：Ｋｅｌｒ环 氧 树 脂 层 合 材 料 的动 静 态 力 学性 能 及 本 构 关 系 ｖａ／
２１ ０
实 验所 用 Ｋｅ ｌｒ环 氧 树脂层 合 板 采 用 了 两 种不 同 的纤 维 铺设 方 式 ： 度 铺 层 和 织 物 铺层 。两 种 ｖａ／ 角
TDE-85环氧树脂固化动力学的DSC和DMA研究
TDE-85环氧树脂固化动力学的DSC和DMA研究第30卷第3期固体火箭技术JourllalofSolidRocketTechnologyV01.30No.32007TDE.85环氧树脂固化动力学的DSC和DMA研究①吴晓青,李嘉禄,康庄2,吴世臻(1.天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津300160;2.天津工业大学材料科学与化学工程学院,天津3001~)摘要:根据DSC和DMA测试曲线,分别用Kissinger,Flynn—Wall—Ozawa,Friedman—Reich—Levi模型计算了TDE一85/THPA环氧树脂体系的固化动力学参数.Kissering法所得活化能较低,其他几种计算方法所得活化能比较一致,相对误差在10%之内.将Gaussian分布应用于分峰法,计算了每个反应的动力学参数,模拟结果与DSC曲线具有很好的一致性.双峰表明.固化过程包含2个化学反应,缩水甘油脂基的反应活性比脂环基高.利用外推法确定了固化工艺为100~C/6h+130℃/4h+160℃/2h.关键词:TDE一85环氧树脂;固化动力学;示差扫描量热法;动态力学分析;分峰法中图分类号:V255文献标识码:A文章编号:1006—2793(2007)03-0264-05StudyoncuringkineticsofTDE-85epoxyresin bymeansofDSCandDMAWUXiao.qing,LIJia.1u,KANGZhuang,WUShi.zhen(1.KeyLaboratoryforAdvancedTextileCompositeofMinistryofEducation ,TianjinPolytechnicalUniversity,Tianjin300160,China;2.sch0olofMaterialScienceandChemicalEngineering.TianjinPolytechnic alUniversity,Tianjin3001~,China)Abstract:BasedonDSCandDMAclLrves,curingkineticparametersofTDE 一85/THPAepoxyrosinsystemwerecalculatedby meansofseveralthermoanalysismethods,suchasKissinger,Flynn—Wall—OzawaandFriedman—Reich—Levi.Theactivationenergy calculatedbyKissingerequationisthelowest,andthevaluesofactivationener gycalculatedbyothermethodsareclosewithrelative errorwithintenpercent.TheGaussiandistributionwasappliedtothepeaksep aration.Kineticparametersforeachreactionwerocalculated.ThesimulationresultsagreewellwithDSCcurves.Doublepeakss howthatcuringprocesscontainstwo—stepreactions. Activityoftheglycidegroupishigherthanthatofcycloaliphaficepoxygroups.Throughextrapolationmethod,curingprocessisde-finedas100oC/6h+130℃/4h+160℃/2h.Keywords:TDE一85epoxyresin;curingkinetics;DSC;DMA;peakseparation1引言复合材料的性能受纤维预制件,树脂性能,二者间界面以及制造技术的影响,其中树脂基体的性能起着决定性作用,研究树脂的固化动力学可以深入理解反应过程,充分发挥其性能.TDE一85环氧树脂是一种三官能度环氧树脂,其分子中含有1个脂环环氧基和2个缩水甘油酯基,具有较低的收缩率,优良的耐温性和较高的剪切强度,被广泛用于火箭飞行器,飞机结构件,卫星支架,发动机裙等部件.由于TDE一85分子上的缩水甘油酯基比普通的脂环族环氧树脂具有较高的反应活性,从而克服了一般脂环族环氧树脂对脂肪胺反应活性低,对咪唑及三级胺几乎不能固化和较脆的缺点L1],为使用者提供了更多的选择,尤其是它的低粘度特性适用于高纤维体积含量的预制件的渗透,是复合材料液体成型中重要的基体材料.用热分析的方法研究固化动力学对于复合材料来说具有重要的意义,许多研究者已经用DSC,DMA,DETA和FTIR【2技①收稿日期:2006-06—16;修回日期:2006—10-24.基金项目:天津市自然科学基金资助项目(06YFJMJC03100,013604311).作者简介:吴晓青(1964一),女,博士,研究方向为复合材料液体成型技术.E-mail:*******************.cn....——2642007年6月吴晓青,等:TDE~5环氧树脂固化动力学的DSC和DMA 研究第3期术研究了聚合物材料的固化行为,但对TDE-85环氧树脂的固化动力学尚缺乏深入地研究.文中根据热分析实验,用几种理论模型计算了固化动力学参数,分析了固化反应过程,确定了固化工艺制度.2求解动力学参数的几种模型?玎2.1Kissinger法在DSC中采用的动力学方法基本上都是以方程(1)为基础:警=K.)(1)联立)=(1一)(2)以及Arrhenius方程K=A?exp(一E/RT)(3)=A?e?(1一)(4)得到Kissinger方程:nc卜鲁’乏㈣式中为升温速率;Tp为峰顶温度;A为指前因子; E为反应活化能;为气体常数.由ln()对乏作图,得到一直线,从直线斜率求E,从截距求.2.2Flynn-Wall-Ozawa法Doyle根据方程(1)和Arrhenius方程进行积分和近似处理得到Doyle固化动力学方程:l-lg[]-2.315_0_4567(6)在不同的升温速率和同一固化度下()为常数.在上述前提下对等式(6)微分,然后积分:l+1?0516’C(7)式中C为常数.通过l对1/T作图,由拟合直线斜率可得E,从截距求A.2.3Friedman-Reich-Levi法由方程(1),Arrhenius方程及T=To+?t可得:.)(8)..八石对方程两边取自然对数,即得到Friedman—Reich—Levi方程:ln[]=lnA?)一(9)以ln[]对1/作图,由所得直线斜率求E,从截距求A.3实验3.1材料TDE-85环氧树脂,固化剂四氢邻苯二甲酸酐(TH—PA),催化剂苯胺.3.2测试DSC使用PERKIN—ELEMERDSC-7型量热仪,充分搅拌环氧树脂和THPA,将混合物平均分成4份,每份中加入1.0phr的苯胺,取待测树脂10mg左右,置于铝坩埚内,加盖密封后,升温速率分别取2,4,8,16, 24~C/min,放入DSC样品池中,在50—300oC范围内进行等速升温测试,测试过程中采用氮气保护,流量20ml/min.DMA使用NETZSCHDMA242C型分析仪,采用针入测试模式,将玻璃纤维剪碎后,与适量树脂混合均匀,放入铝坩埚内,置于样品支架上,在30—300oC范围内进行等速升温测试,升温速率取1.25,2.5,5,l0 oC/min,测试频率取10Hz.4结果与分析4.1极值法对固化动力学参数的求解4.1.1Kissinger法图1为TDE一85环氧树脂的动态谱图,用Kissinger法求得EA,结果见表1.4.1.2Flynn—Wall—Ozawa法按照式(7)以升温速率的l对1/作图,对结果进行线性回归,求得EA,结果见表1.从表1可看出,两种计算方法所得活化能比较接近,Kissinger法的活化能略低于Flynn—waJl—Ozawa法,可能是由于Kissinger法求解中预先设定反应机理函数的原因.图1不同升温速率的DSC曲线Fig.1DSCcurvesunderdifferentheatingrates---——265---——2007年6月固体火箭技术第30卷表1Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa计算的动力学参数计算结果相比,相对误差均在10%之内.Table1KineticparametersevaluatedbyKissingerandFWO4.2等转化率法对固化动力学参数的求解4.2.1Flynn—Wall—Ozawa法图2为不同升温速率下转化率与温度的关系曲线.在相同系统下,每隔10%转化率,利用所对应的温度,以l对1/T作图(图3),对结果进行线性回归,求得各转化率下的EA,结果见表2.4.2.2Friedman—Reich—Levi法以不同转化率下的温度及导数曲线,利用式(9),以In[]对1/T作图,求得E及A,结果见表3.图2不同升温速率下转化率与温度的关系Fig.2Relationshipofconversionandtemperature underdifferentheatingrates图3不同转化率下l-1/T的拟合曲线Fig.3Fitting~llrvesofl1/Tunderdifferentconversions从表1～表3可看出,用几种模型在极值法和等转化率法情况下计算的活化能比较一致.其中,Kissinger 法数据处理最简单,与Ozawa法等转化率下计算值相对误差达到18.1%,而Ozawa法求解活化能时尽管没有预先选择反应机理,但在以上两种情况下对于该体系计算的固化反应活化能非常接近,且与其它模型的.---——266.---——表2Ozawa法不同转化率的动力学参数Table2KineticparametersofOzawamethodunderdi仃erentconversions表3Friedman-Reich-Levi法不同转化率的动力学参数Table3KineticparametersofFriedmanmethodunderdi仃erentconversion4.3凝胶点后动力学参数求解利用DMA对凝胶点后固化动力学进行研究,根据相对固化程度来描述固化反应的进程引,利用Flynn—Wall—Ozawa法和Friedman—Reich—Levi法对TDE-85/THPA体系凝胶点后动力学参数进行求解,结果见表4.从表4可知,由两种方法得到的活化能的值略有不同.但总的变化趋势相同,都是随着相对固化程度的提高而增大.说明凝胶点以后,固化反应将越来越难于进行.这是由于树脂体系在凝胶点后,形成三维网状体型结构,相对分子质量趋于无穷大.分子运动将随着反应的进行而变得困难.大分子的浓度逐渐降低,不能保持官能团对的平衡浓度和它们之间的碰撞频率,因而反应将变得困难起来_l.固化反应也由化学控制转为扩散控制.2007年6月吴晓青,等:TDE-85环氧树脂固化动力学的DSC和DMA研究第3期表4计算的凝胶点后动力学参数Table4Kineticparametersaftergelation Hynn--Wall--Ozawamo1)】Friedman..Reich..Levim)0.1042.670.2044.450.3045.520.4046.380.5047.210.6o48.180.7049.560.8051.500.9053.361.470.1053.733.481.960.2055.443.962.260.3055.894.162.490.4056.514.322.690.5058.154.562.900.6o61.6o5.003.150.7067.275.68‘3.470.8069.756.013.790.9066.645.774.4分峰法对固化过程的分析观察固化过程的DSC曲线(图1)发现,该树脂体系的固化放热峰呈现明显的双峰形态.这种现象可能是由于TDE-85分子上3个环氧基团的反应活性不同而造成的.TDE.85分子上的2个缩水甘油脂基反应活性较高,在低温时先与四氢邻苯二甲酸酐进行反应. 当温度升高到一定程度后,脂环基才参与到反应中来, 与缩水甘油脂基共同进行交联反应.两种环氧基团不同步参与反应,造成了体系固化曲线的双峰形态.假设只有缩水甘油脂基参加的反应为第1步反应,两种环氧基共同参加的反应为第2步反应.为了获得两步反应各自的动力学参数,利用分峰法对苯胺含量为1%体系的DSC曲线进行了分析.利用Gaussian函数对不同升温速率下DSC曲线进行双峰拟合,拟合结果与DSC曲线非常吻合(图4).利用Ozawa和Kissinger法对拟合结果进行分析, 得到两步反应的动力学参数,结果见表5.显然,第2步反应的活化能比第1步反应大,说明脂环基反应活性比缩水甘油脂基要小.图4DSC曲线分峰Hg.4PeakseparationoftheDSCeul’ve表5两步反应的动力学参数Table5Kineticparametersofthetwo-stepreaction4.5固化制度的确定采用外推法,利用在不同升温速率条件下由DMA得到的凝胶化温度..和由DMA模量的导数曲线确定的最大反应速率点的温度及反应结束温度.得到了卢=0时体系的.,,(图5).计算结果分别为382.2,395.7,432.1K.结合凝胶化温度.时间关系曲线的前期工作,确定TDE.85/THPA体系比较合理的固化制度应为100oC/6h+130oC/4h+160℃/2h图5温度与升温速率的关系ng.5Relationshipoftemperatureandheatingrate5结论(1)用3种模型求解了极值法和等转化率法时TDE一85/酸酐体系固化反应活化能,计算结果比较接近,Ozawa法和Friedman—Reich.Levi法相对误差在10%之内,Kissinger与Ozawa法等转化率下计算结果的相对误差较大(18.1%).(2)凝胶点后固化反应由化学控制转变为扩散控制.(3)分峰法对该体系的DSC曲线分析表明,Gauss—ian函数与DSC曲线双峰拟合结果非常吻合,TDE-85/ THPA体系的固化反应分步进行.活泼的缩水甘油酯基先行反应,当体系温度到达一定程度后,脂环基才参与到固化反应中来,造成了体系固化曲线的双峰形态. (4)利用外推法确定固化制度为100oC/6h+130℃/4h+160oC/2h---——267---——2007年6月固体火箭技术第30卷参考文献:[1]柳志欣.TDE-85#树脂的合成与应用fJ].工程塑料应用, 1983,(1):9—12.[2]刘天舒,张宝艳,陈祥宝.3234中温固化环氧树脂体系的固化反应动力学研究[J].航空材料,2005,25(1):45-52.[3]王晓红,刘子如,汪渊,等.PET/N100粘合剂体系固化过程FTIR研究(I)——1rIR曲线[J].固体火箭技术,2005, 28(3):208-211.[4]吴晓青,魏俊富,李嘉禄.差示扫描量热法研究改性双马来酰亚胺的固化过程[J].复合材料,1999,16(2):348.[5]范永忠,孙康,吴人洁.热固性树脂固化的非模型反应动力学研究[J].高分子材料科学与工程,2001,17(1):60- 63.[6]CanadasJC,DiegoJA,parativestudyofa- morphousandpartiallycrystallinepoly(ethylene-2,6-naph- thalenediearboxylate)byTSDC,DEA,DMAandDSC[J]. Polymer,2000,41:2899-2905.[7AlvesNM,ManoJF,G6mezRibeUesJL.Molecularmobility inpolymersstudiedwiththermallystimulatedrecovery.II. StudyoftheglasstransitionofasemierystallineFETand comparisonwithDSCandDMAresults[J].Polymer2002, 43:3627-3633.[8]BarralL,CanoJ,LopezAJ.Thermaldegradationofadigly- cidvletherofbisphenolA/1,3-bisminomethyleyelohexane (I)GEBA/1,3-BAC)epoxyresinsystem[J].Thermoehimiea Acta,1995,269/270:253-259.[9]PartSJ,JinFL.Thermalstabilitiesanddynamicmechanical propertiesofsulfone?containingepoxyresincuredwitllan? hydride[J].PolymerDegradationandStability,2004,86: 515.520.110]DuffyJV,HuiE,HartmannB.Reactionkineticsforhin? deredamine/epoxidesbyDSC[J].JournalofAppliedPoly? merScience,1987,33(8):2959.2964.-——268--———[11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21]PadmaA,RaoRM,SubramaniamC,eta1.Curecharacter- izationoftriglycidylepoxy/aromaticaminesystems[J]. JournalofAppliedPolymerScience,1995,57(4):401—411.JagadeeshKS,Siddaramaiab.Effectofcatalystonthecu? ringoftetrafunetionalepoxyresinformulations[J].JournalofAppliedPolymerScience,1991,43(5):1459—1465. 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等温与非等温dsc法研究环氧树脂的固化动力学
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复合材料的动态力学性能与性能研究
复合材料的动态力学性能与性能研究在当今的材料科学领域，复合材料以其卓越的性能和广泛的应用前景备受关注。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起而形成的一种新型材料。
其动态力学性能是评估复合材料在实际应用中表现的关键指标之一。
复合材料的动态力学性能主要包括材料在动态载荷下的响应，如应力、应变、弹性模量、阻尼特性等。
这些性能对于复合材料在航空航天、汽车、体育器材等领域的应用至关重要。
在航空航天领域，飞机的结构部件需要承受复杂的动态载荷，如飞行中的振动、冲击等。
具有良好动态力学性能的复合材料能够有效地减轻飞机的重量，提高飞行效率，同时保证结构的安全性和可靠性。
例如，碳纤维增强复合材料在飞机机翼和机身的应用中，能够显著降低结构重量，提高燃油效率。
汽车工业中，为了提高汽车的性能和燃油经济性，减轻车身重量是一个重要的途径。
复合材料的应用可以在减轻重量的同时，提供良好的抗冲击和抗振动性能，提升汽车的舒适性和安全性。
比如，一些高端汽车品牌在车身和底盘部件中使用了复合材料，以改善车辆的动态响应。
体育器材方面，如自行车车架、网球拍、高尔夫球杆等，复合材料的动态力学性能直接影响着运动员的表现。
具备合适弹性和阻尼特性的复合材料器材能够更好地传递能量，提高运动效率，减少运动员的疲劳。
复合材料的动态力学性能受到多种因素的影响。
首先是增强材料和基体材料的性质。
增强材料如碳纤维、玻璃纤维等具有高强度和高模量，而基体材料如环氧树脂、聚酯树脂等则提供了韧性和粘结性能。
不同的增强材料和基体材料组合会导致复合材料性能的差异。
其次，复合材料的制备工艺也对其动态力学性能产生重要影响。
例如，纤维的排列方式、复合材料的成型方法等都会改变材料内部的微观结构，从而影响其力学性能。
此外，环境条件如温度、湿度等也会对复合材料的动态力学性能产生不可忽视的作用。
在高温或高湿度环境下，复合材料的性能可能会发生变化，这在一些特殊应用场景中需要特别考虑。
基于非模型法研究环氧树脂的固化动力学行为
基于非模型法研究环氧树脂的固化动力学行为张骁亚;秦文峰;唐庆如【摘要】依据非等温差示扫描量热法（DSC）测定的数据，采用 Friedman ，Flynn‐Wall‐Ozawa ，Kissinger‐Akahira‐Sunose三种非模型计算并绘制其固化速率和活化能与固化度的关系曲线，分析了环氧树脂体系的固化反应阶段和固化行为。
研究表明，固化反应逐渐从自催化反应机理转变为n阶反应机理，与模型拟合法研究的结果基本吻合。
三种非模型拟合法都能较好地表征该体系的固化行为，其中Kissinger‐Akahira‐Sunose法的结果最能准确地反映该体系的固化行为，Flynn‐Wall‐Ozawa法的结果略有偏差，Friedman法的结果偏差较大但趋势与另两种一致。
%On the basis of non‐isothermal Differential Scanning Calorimetry (DSC) measuring data ,using three kinds of non‐model fitting methods ,Friedman ,Flynn‐Wall‐Ozawa and Kissinger‐Akahira‐Sunose ,the paper ana‐lyzes and investigates the curing behavior of epoxy resin ,then calculates and draws the relation curve between the curing rate ,the activation energy and the curing degree .The research shows that the curing reaction gradually translates from the autocatalytic reaction mechanism to the N order reaction mechanism ,basically consistent with the model fitting results .The three kinds of non‐model fitting methods can well characterize the curing behavior of the system ,in which the result of Kissinger‐Akahira‐Sunose method can accurately reflect the curing behavior of the system ,the result of Flynn‐Wall‐Ozawa method is in a slight deviation ,and the deviation of Friedman method is more significant but the trend is consistent with that of other two .【期刊名称】《西安航空技术高等专科学校学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P50-54)【关键词】环氧树脂;差示扫描量热法;非模型拟合法;固化行为【作者】张骁亚;秦文峰;唐庆如【作者单位】中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川广汉618307;中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川广汉618307;中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川广汉618307【正文语种】中文【中图分类】TB332环氧树脂经过固化后具有良好的介电性能和较小的变定收缩率，加工成制品的尺寸稳定，兼具较好的柔韧性和高硬度，且对碱及大部分溶剂稳定，并对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，因而广泛应用于国防和国民经济领域[1-3]。
芳纶纤维_环氧树脂的湿热老化
・综述・收稿日期:2008-04-28;修回日期:2008-05-26作者简介:石增强,1979年出生,博士研究生,主要研究方向为导弹武器发射系统生存技术。
E -mail:shizengqiang@yahoo 芳纶纤维/环氧树脂的湿热老化石增强(第二炮兵工程学院,西安 710025)文 摘 分析了芳纶纤维/环氧树脂分子链结构与聚合态结构,论述了湿热对芳纶纤维/环氧树脂性能的影响,指出了研究芳纶纤维/环氧树脂老化的方法。
关键词 芳纶纤维,环氧树脂,复合材料,湿热老化Hygr other mal Aging of Ara mid Fibre /Epoxy Resin Co mposite MaterialShi Zengqiang(The Second A rtillery Engineering College,Xi ’an 710025)Abstract The aggregated state structure and molecule chain structure of ara m id fibre /epoxy resin in the com 2posite material is analyzed .And the influence of the hum id and ther mal conditi ons on the composite material is de 2scribed .The study methods f or aging of the aram id fibre /epoxy resin composite material ’s are indicated .Key words A ra m id fibre,Epoxy resin,Co mposite,Hygr other mal aging 1 前言芳纶纤维/环氧树脂以其高比强度和比模量,已经成为航空、航天领域被广泛应用的先进复合材料[1]。
耐高温树脂的固化动力学分析及其力学性能
2. 1 原料 实验原料有改性环氧树脂, 环氧值 0. 86~ 0. 91;
酸酐类固化剂; 促进剂, 自制复配促进剂; 脱模剂[9] , 自制; T 700 碳纤维。 2. 2 实验方法
采用差热扫描分析仪( DSC) 测试其固化反应特 点, 扫描 速 度分 别 为 5 min、10 min、15 min、 20 min。
d ( In ) d(1 T)
=
-
E nR
( 5)
对 In ~ ( 1 T p ) 曲线进行线性回归, 反应级数 n
= 0. 93。
3. 1. 3 固化反应动力学方程
根据质量作用定律方程:
d dt
=
k( 1-
)n
( 6)
k 可由 Arrhennius 公式求出, 即:
k= Ae- E RT
( 7)
A=
对树脂固化物进行 DSC 扫描, 测试树脂固化物 的玻璃化转变温度。
采用 T700 碳纤维缠绕单向板的纤维体积含量 为46. 12% ; 按 GB3354 82、GB T 1449 2005、GB33562005 测试其拉伸、弯曲、层剪性能。
3 结果与讨论
3. 1 树脂体系的动力学参数计算
根据热力学第二定律可得:
( 4)
式中: ∀ ∀ ∀ 等速升温速率( K min) ; Tp ∀ ∀ ∀ 峰顶温度( K) ;
n ∀ ∀ ∀ 固化反应级数;
R ∀ ∀ ∀ 理想气体常数( kJ mol) ;
E ∀ ∀ ∀ 表观活化能( kJ mol) 。 当 E nR 2T p 时, 可 将 2T p 省略, 因而 得到下
式:
( Harbin FRP Institute, Harbin 150036) ABSTRACT The curing kinetics of heat resistant epoxy resin is studied in this article, and relevant kinetic parameters, such as
不同固化剂对环氧树脂玻璃化温度影响的分子动态模拟研究
不同固化剂对环氧树脂玻璃化温度影响的分子动态模拟研究一、引言环氧树脂是一种重要的有机材料，具有优异的物理性能和化学性能，因此在建筑材料、航空航天、电子电器等领域得到广泛应用。
玻璃化转变温度（Tg）是环氧树脂的重要性能指标之一，直接影响其使用性能和应用领域。
因此，研究不同固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响具有重要意义。
二、实验方法本研究采用分子动力学模拟方法，以不同固化剂固化的环氧树脂为研究对象，通过计算玻璃化转变温度，分析固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响。
具体步骤如下：1.构建分子模型：利用化学软件绘制不同固化剂固化的环氧树脂的分子模型，并进行优化和修正。
2.参数设置：根据实验条件，设置模拟的参数，包括模拟温度、模拟时间、步长等。
3.模拟计算：利用分子动力学模拟软件进行模拟计算，得到不同固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变温度。
4.结果分析：比较不同固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变温度，分析固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响。
三、实验结果通过模拟计算，得到了不同固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变温度，具体数据如表1所示。
从表中可以看出，不同固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响存在明显差异。
其中，某些固化剂可以显著提高环氧树脂的玻璃化转变温度，而另一些则对其影响较小。
表1：不同固化剂固化的环氧树脂的玻璃化转变温度四、结论本研究通过分子动力学模拟方法，研究了不同固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响。
结果表明，不同固化剂对环氧树脂玻璃化转变温度的影响存在明显差异。
其中，某些固化剂可以显著提高环氧树脂的玻璃化转变温度，而另一些则对其影响较小。
这一研究结果为进一步优化环氧树脂的使用性能和应用领域提供了理论依据。
同时，也为其他材料的研究提供了参考和借鉴。
动态力学分析DMA-介质损耗分析方法
式中 ΔE 为玻璃化转变表观活化能，kJ／mol；R 为气体常数，8．314J／K·mol； T 为绝对温度，K；A0 为常数；f（α）为反应速率函数，f（α）＝（1－α）n， α 为转化率，n 为反应级数，与材料本身性能有关。
将式（2）代入式（1），两边取对数后得
可以看出式（5）为直线方程，由斜率可求得 ΔE。
动态力学特性参数用美国 TA 公司 983 型动态力学分析仪器测试。加力方向 与玻璃带平行；升温速率为 5℃／min；温度范围为室温至 200℃；固定频率 5 Hz； 振幅为 0．3 m。
介质损耗特性选用日本 TR—10C 型精密电桥测试。测试条件满足国标 GB1409 －83 要求［3］；采用三电极系统；主要测试介质损耗随温度的变化特性。 4．2 结果与分析
6 结论
（1）环氧云母绝缘材料在电热应力和热机械应力作用下会逐渐老化。老化 过程中，材料的储能模量、力学损耗和动态粘度等动态力学参数发生明显变化； 同时，材料的介质损耗参数也有一定的变化。
（2）环氧云母绝缘材料老化后，其储能模量明显下降；动态粘度峰值向高 温方向移动，另外其室温下的动态粘度值明显下降；力学损耗峰值和介质损耗峰 值向高温方向移动。
4．2．1 储能模量 图 4 是试样在老化条件下储能模量的变化情况。由图可知，2 种老化条件下，
环氧云母绝缘材料的储能模量明显下降。由于储能模量表示的是弹性形变储存的 能量，储能模量的减小表明材料老化后界面的粘接能力明显减弱。
4．2．2 动态粘度 图 5 是试样在老化条件下动态粘度的变化情况。由图可知，随着老化时间和
大型发电机主绝缘一般采用环氧云母玻璃带半叠包模压成型的工艺结构。本 文选用 2 mm 厚环氧云母绝缘层压板，该板为宽 20 mm 的环氧云母玻璃带模压而 成。为了模拟在电机中的老化情况，老化实验分 2 种条件进行：1 种为电热应力 联合作用，电压为 9．8 kV，温度为 135℃；另 1 种为热机械应力作用，也即冷 热循环，把样品放入烘箱中加热到 135℃后用风扇冷却到室温为 1 次循环，进行 多次循环，如此反复进行。
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循环湿热作用下环氧树脂动态力学行为与本构模型研究
三维编织复合材料作为新型材料应用于航空发动机风扇叶片,航空发动机在服役期间经历飞行,停放等不同干湿度交替循环过程,必然会带来复合材料的湿热老化。
且航空发动机风扇叶片通常处于高速状态,所受的外物损伤问题具有在短暂时间尺度上发生载荷显著变化的特点,即处于高应变率状态特点。
考虑到碳纤维对湿热环境的稳定性和对应变率不敏感性,从材料微观力学角度出发,对三维编织复合材料基体——TDE86环氧树脂湿热演化后的动态力学性能以及本构模型开展研究。
本文前期用真空浇注法和高低温湿热循环试验箱分别浇注和湿热老化处理了环氧树脂。
以人工模拟风扇叶片服役期间的真实环境,得到湿热循环老化周期0、1、7、14、28、56、70、140天的环氧树脂,对应的发动机服役年限分别为0、1月、6月、1年、2年、4年、5年、10年。
利用MTS疲劳试验机和霍普金森拉杆装置分别开展了不同湿热循环周期的环氧树脂的准静态和动态力学性能测试,应变率范围7.5×10<sup>-6</sup><sup>1</sup>000s<sup>-1</sup>。
获得了湿热循环对树脂力学性能的影响特点,且基于ZWT粘弹性本构模型,修正得到包含循环湿热影响因子的ZWT模型。
结合高、低应变率下的树脂不同力学性能特点,拟合出适用于湿热循环作用的粘弹性本构模型。
本文得到的环氧树脂在湿热循环作用下的吸湿规律、裂纹损伤演化过程以及包含湿热效应、应变率效应的粘弹性本构关系,使之为评估和预测三维编织碳纤维复合材料受到湿热循环作用后的抗外物损伤能力的有效实验数据支撑。