玻璃纖維-聚脲復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文以吸收沖擊應(yīng)力波為目標(biāo),選取了在抗沖擊領(lǐng)域有著良好應(yīng)用前景的聚脲和玻璃纖維分別作為基體和增強(qiáng)體,制備了玻璃纖維/聚脲復(fù)合材料。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜分析、熱重分析研究了聚脲和復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu),通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、Gleeble動(dòng)態(tài)熱力模擬試驗(yàn)機(jī)和分離式霍普金森壓桿測(cè)定了它們?cè)趹?yīng)變率范圍為10-3~103s-1的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線,通過(guò)動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析儀研究了它們的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。此外還利用掃描電鏡觀察了復(fù)合材料中纖維的分布情況。
　　

2、傅里葉紅外光譜分析表明,隨著硬段含量的增加,聚脲的氫鍵化程度增加,但是完善氫鍵比例下降,氫鍵結(jié)合強(qiáng)度降低。熱重分析表明隨著硬段含量的增加,聚脲硬段和軟段的分解溫度降低,聚脲熱穩(wěn)定性均降低。
　　分析了聚脲在不同應(yīng)變率下的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線,研究發(fā)現(xiàn)硬段體積分?jǐn)?shù)為14.6％聚脲的彈性模量E約為75MPa,隨著硬段體積分?jǐn)?shù)的增加,E是線性增加的,硬段體積分?jǐn)?shù)增加到20.3%時(shí),E增加到約115MPa。高彈性階段和非線性階段的應(yīng)力水平是隨

3、著硬段含量和應(yīng)變率的增加而增加的,因此在變形中聚脲儲(chǔ)存的能量是增加的,即聚脲的儲(chǔ)能能力是增加的。
　　掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),本文制備的玻璃纖維/聚脲復(fù)合材料中纖維的分布均勻,與界面的結(jié)合良好。從紅外光譜分析中發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料中玻璃纖維沒有影響氫鍵結(jié)合強(qiáng)度;但是降低了聚脲的氫鍵化程度和聚脲微相分離程度。
　　分析不同應(yīng)變率下玻璃纖維/聚脲復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)應(yīng)變率為0.001s-1時(shí),復(fù)合材料E在106.3~178.2MPa

4、范圍內(nèi),比聚脲提高約10.8%~85.7%。隨著纖維平均長(zhǎng)度和纖維體積分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合材料的彈性模量、相同應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力水平和儲(chǔ)能能力都是增加的,分析認(rèn)為是由于纖維承受的應(yīng)力和對(duì)聚脲分子鏈運(yùn)動(dòng)的限制作用增加的緣故。
　　聚脲和復(fù)合材料在應(yīng)變?yōu)?.1的應(yīng)力、應(yīng)變范圍為0~0.15的儲(chǔ)能能力隨著應(yīng)變率的增加幅度在高低應(yīng)變率下是完全不同的,表明了復(fù)合材料在高低應(yīng)變率下有著不同的應(yīng)變率敏感性機(jī)理。
　　復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量在-60~-2