【摘要】：由于其輕質(zhì)高強、強耐化學(xué)性、可靈活設(shè)計性和優(yōu)良的制造工藝等,玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料取代了許多傳統(tǒng)材料,如金屬和木制品。近50年來,它已在軍事航空,機械工程,土木工程,汽車制造,電氣化工,生活娛樂等領(lǐng)域得到廣泛利用。在現(xiàn)實環(huán)境的應(yīng)用中,復(fù)合材料會遭受到環(huán)境中各種物理或化學(xué)因素的影響從而會惡化其性能,因此,對復(fù)合材料長期耐久性能的研究具有極大的現(xiàn)實意義。本課題從濕熱老化和時間、溫度對復(fù)合材料的影響方面討論分析了對于玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料的長期耐久性能,為此進行了加速濕熱老化試驗、不同溫度和速度下的靜態(tài)彎曲試驗、多溫度多頻率下的動態(tài)機械分析試驗,并利用時-溫等效原理對復(fù)合材料的長期壽命進行了預(yù)測,從而得到以下結(jié)論。首先,將具有20%和40%玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GF/PA和GF/PET復(fù)合材料浸入80℃的去離子水中進行0 h、5 h、10 h、24 h、120 h、436 h、900 h的濕熱老化。實驗表明:GF/PA和GF/PET復(fù)合材料在老化120 h內(nèi)增重率均呈線性增加,而后達到平衡,當(dāng)濕熱老化時間進一步增加時GF/PA復(fù)合材料的增重率略有下降,并且玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)由20%變?yōu)?0%會使得水分子在復(fù)合材料中的擴散作用減小,其在GF/PA中的擴散速度大于在GF/PET復(fù)合材料,并且吸濕過程符合Fick定律。其次,濕熱老化使得GF/PA-20%和GF/PA-40%復(fù)合材料拉伸強度在老化前10h先分別下降29.58%和23.71%后在24h分別略微上升3.95%和0.48%而后又下降的趨勢,最終900h老化后下降了65.82%和51.88%。GF/PET-20%和GF/PET-40%復(fù)合材料的拉伸強度則先分別在24h時稍微提高2.02%和2.11%,然后下降,最終900h老化后下降了44.2%和49.88%。對于GF/PA復(fù)合材料來說,900 h濕熱老化后玻璃纖維的增加使得強度保留率上升,但是對于GF/PET卻相反。濕熱老化使得GF/PA和GF/PET復(fù)合材料的模量變化均是先增加后減小,然而,最終GF/PA復(fù)合材料的模量比GF/PET復(fù)合材料的低7倍。隨著濕熱老化時間的增加,GF/PA復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有明顯的減小變化,表明復(fù)合材料的耐熱性下降。對于GF/PET復(fù)合材料而言,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化則較小,儲存模量(~′)下降明顯。GF/PET和GF/PA復(fù)合材料在濕熱老化900 h后,兩種材料的分解溫度并未發(fā)生改變,因此,900 h老化并不會影響GF/PA和GF/PET復(fù)合材料的熱分解溫度。而后,通過靜態(tài)和動態(tài)彎曲試驗探究溫度和時間對于彎曲性能的影響。在靜態(tài)彎曲試驗里,隨著溫度的升高和加載速率的減小,GF/PET復(fù)合材料的彎曲強度和模量下降。并且對于GF/PET復(fù)合材料彎曲性能來說,升高溫度和降低加載速率具有等效的作用。通過動態(tài)熱機械分析(DMA)可以得到復(fù)合材料的粘彈性力學(xué)數(shù)據(jù),在時-溫等效的基礎(chǔ)上利用粘彈性數(shù)據(jù)繪制儲存模量主曲線,該主曲線形狀光滑平順,移動因子與Arrhenius方程一致,基于這兩個條件可得到時-溫等效原理適用于GF/PET復(fù)合材料并且適用于靜態(tài)彎曲模量的結(jié)論,并且可用此原理來預(yù)測GF/PET復(fù)合材料的長期耐久性能,試驗可以得到在相對較低的參考溫度30℃下,經(jīng)過10~8分鐘以后,彎曲模量的下降率為80%。而后,通過SEM圖分析溫度對于彎曲斷裂模式的影響,當(dāng)溫度在30℃到60℃之間時,GF/PET復(fù)合材料發(fā)生脆性斷裂,40℃和60℃下,斷裂面中出現(xiàn)片狀巖石形狀的受壓縮區(qū)域和撕拉狀的受拉伸區(qū)域,并且隨溫度的升高,受拉伸區(qū)域面積減小,受壓縮區(qū)域面積增大,但是當(dāng)溫度增加到80℃時,PET樹脂從玻璃態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài),試樣發(fā)生塑性變形而沒有明顯的裂紋。在溫度升高的過程中復(fù)合材料的斷裂經(jīng)歷了玻璃纖維和PET樹脂幾乎同時斷裂、玻璃纖維斷裂而PET樹脂后斷裂、玻璃纖維斷裂而PET樹脂不發(fā)生斷裂、玻璃纖維和樹脂均不發(fā)生斷裂這幾個過程。
【圖文】：

注塑成型機

注塑成型機模型圖
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB332;TQ327.1

【參考文獻】

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1 許進升;楊曉紅;趙磊;王鴻麗;韓龍;;聚合物時溫等效模型有限元應(yīng)用研究[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2015年05期

2 李波;吳海亮;吳紅煥;江一杭;劉鮮紅;;風(fēng)電葉片環(huán)氧/玻璃纖維復(fù)合材料濕熱老化性能研究[J];天津科技;2012年03期

3 耿運貴;張永濤;;樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J];河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

4 肖德凱;張曉云;孫安垣;;熱塑性復(fù)合材料研究進展[J];山東化工;2007年02期

5 呂通建,鄂泳,鄒怡多,吳爽,段偉,張琳;PET/GF復(fù)合材料的制備及性能研究[J];工程塑料應(yīng)用;2005年09期

6 肖迎紅,汪信,陸路德,楊緒杰;玻纖增強熱塑性聚酯復(fù)合材料濕熱老化研究[J];工程塑料應(yīng)用;2001年09期

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1 詹小麗;基于DMA方法對瀝青粘彈性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

2 袁軍堂;高聚物及其復(fù)合材料的應(yīng)用技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 余建偉;濕熱環(huán)境下玻璃纖維片材耐久性試驗研究[D];西南科技大學(xué);2018年

2 王永利;玻璃纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料的機械連接性能研究[D];東華大學(xué);2017年

3 楊科研;典型生物質(zhì)/聚乙烯復(fù)合材料制備與性能研究[D];山東理工大學(xué);2016年

4 趙德方;絲織物/玻璃纖維氈混雜增強復(fù)合材料力學(xué)性能研究[D];東華大學(xué);2016年

5 劉煒;考慮粘彈性阻尼器不同布置形式對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響分析[D];太原理工大學(xué);2014年

6 朱伸兵;玻璃纖維/PDCPD增強復(fù)合材料制備及性能研究[D];河南科技大學(xué);2013年

7 范瑞鶴;基于有機玻璃拉伸試驗的本構(gòu)關(guān)系擬合及有限元實例分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

8 朱遠;木塑復(fù)合材料靜態(tài)粘彈性研究[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2012年

9 馮養(yǎng)平;硫化膠老化性能的Fox-H函數(shù)研究[D];西北師范大學(xué);2009年

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本文編號：2637127