水堿浸泡條件下環(huán)氧樹(shù)脂的性能演化與分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易加工性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的加固、修復(fù)與改造。由于土木工程結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜（如水或強(qiáng)堿溶液浸泡），F(xiàn)RP在服役過(guò)程中會(huì)吸收水分，引起性能發(fā)生退化，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期服役安全性問(wèn)題。FRP主要由纖維與樹(shù)脂基體組成，同纖維（如碳纖維）相比，樹(shù)脂基體更易受環(huán)境的侵蝕。因此，研究樹(shù)脂基體在水或強(qiáng)堿溶液浸泡條件下的性能退化規(guī)律與機(jī)理，對(duì)明確FRP的耐久性能及其性能改進(jìn)，從而推動(dòng)F

2、RP的安全應(yīng)用具有重要意義。
　　本文采用試驗(yàn)測(cè)試與分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了環(huán)氧樹(shù)脂基體在水或強(qiáng)堿溶液浸泡條件下的水吸收與性能的退化，研究?jī)?nèi)容主要包括：1）環(huán)氧樹(shù)脂在20℃、40℃與60℃蒸餾水或強(qiáng)堿溶液（pH=12.5，模擬混凝土滲出液）浸泡過(guò)程中的水吸收與擴(kuò)散規(guī)律，以及水吸收引起的樹(shù)脂基體熱力學(xué)性能、自由體積分?jǐn)?shù)及化學(xué)組成的變化；2）基于光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)，測(cè)試水吸收導(dǎo)致的環(huán)氧樹(shù)脂基體的溶脹；3）最后，利用分子動(dòng)力學(xué)軟件，模擬

3、分析了水分子在樹(shù)脂基體內(nèi)的吸收與擴(kuò)散過(guò)程及其塑化作用。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸泡過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂基體的吸水過(guò)程符合經(jīng)典的Fick模型；樹(shù)脂基體的平衡吸水率和擴(kuò)散系數(shù)隨著浸泡溫度的升高而增大；吸水對(duì)樹(shù)脂產(chǎn)生明顯的塑化作用。紅外分析結(jié)果表明，長(zhǎng)期水或強(qiáng)堿溶液浸泡對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)部的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響較小，并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的水解反應(yīng)。光纖光柵監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，浸水后一個(gè)月內(nèi)，樹(shù)脂膨脹應(yīng)變（溶脹作用）增長(zhǎng)較快，而隨后趨于平衡。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)建立了環(huán)氧樹(shù)脂的