纖維增強聚合物混凝土及其界面與阻尼機理研究.pdf

1、精密和超精密機械加工技術的發(fā)展和進步對機械加工設備加工精度的要求越來越高，機械基礎件的材料對機械設備的性能特別是加工精度影響很大，研究開發(fā)新型的機械基礎件材料是提高機械加工設備綜合性能的有效手段之一。聚合物混凝土（Polymer Concrete，簡稱PC）具有良好的阻尼減振性能，用于制作機械基礎件可以有效地提高機械加工設備的加工精度，受到了廣泛關注。 本文首次將玻璃纖維和碳纖維應用到聚合物混凝土中，開發(fā)出可用作機械基礎件材料的

2、玻璃纖維增強聚合物混凝土（Glass Fiber Reinforced Polymer Concrete，簡稱GFRPC）和碳纖維增強聚合物混凝土（Carbon Fiber Reinforced Polymer Concrete，簡稱CFRPC），統(tǒng)稱為纖維增強聚合物混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete，簡稱FRPC）。 本文對纖維增強聚合物混凝土的組分特性、制作工藝、界面作用機理、阻尼減振

3、機理和力學性能等方面的作用機理進行了系統(tǒng)研究，提出了適用于纖維增強聚合物混凝土的制作工藝；研究了纖維增強聚合物混凝土各相成分之間的界面作用機理，建立了界面結合的化學模型和物理模型；分析了纖維增強聚合物混凝土的阻尼減振機理，提出了其阻尼損耗因子和阻尼比的計算模型；研究了纖維增強聚合物混凝土中各相組分的用量和工藝等因素對其力學性能的影響，為優(yōu)化纖維增強聚合物混凝土的配比、提高復合材料的性能提供了依據(jù)。 原材料是決定纖維增強聚合物混凝

4、土性能的重要因素，本文系統(tǒng)研究了纖維增強聚合物混凝土各原材料組分的物理和化學特性，選定環(huán)氧樹脂作為粘結劑并確定了所需的固化劑、稀釋劑、增韌劑等處理劑，詳述了環(huán)氧樹脂在固化劑作用下的固化機理，介紹了纖維增強聚合物混凝土中所需骨料和增強纖維的性能要求和特性。 在理論分析的基礎上，試驗研究了纖維增強聚合物混凝土的制作工藝，制定了適合本文所選原材料的生產(chǎn)制作工藝流程。詳細介紹了增強纖維的表面處理、纖維增強聚合物混凝土的成型工藝、半成品的

5、養(yǎng)護工藝、脫模劑的選擇、纖維增強聚合物混凝土機械基礎件的設計原則以及產(chǎn)品的后續(xù)加工工藝等，建立了纖維增強聚合物混凝土從原材料預處理、復合材料的制備到產(chǎn)品結構設計和生產(chǎn)全過程的工藝流程體系。 分析了纖維增強聚合物混凝土的界面作用機理，建立了增強纖維與環(huán)氧樹脂基體之間的化學鍵連接模型，以及花崗巖骨料顆粒與環(huán)氧樹脂基體之間界面的物理作用模型。增強纖維表面處理后會在表面生成一些活性基團，這些基團可以與環(huán)氧樹脂基體中的環(huán)氧基等活性基團發(fā)生

6、化學反應，生成鍵能較大的化學鍵，使環(huán)氧樹脂基體與增強纖維結合為一個整體?；◢弾r骨料與環(huán)氧樹脂基體之間的作用力有液體對固體的表面浸潤作用以及固化后的環(huán)氧樹脂基體與花崗巖骨料之間的機械鎖結作用，兩相之間通過物質(zhì)的界面能、分子間相互吸附作用的范德華力和機械作用力實現(xiàn)界面結合。 研究了纖維增強復合材料的阻尼減振機理，分析了纖維增強聚合物混凝土阻尼性能的主要來源和影響因素，提出了纖維增強聚合物混凝土的阻尼損耗因子和阻尼比計算模型。纖維增強

7、聚合物阻尼的主要來源是復合材料的基體，包括環(huán)氧樹脂基體、花崗巖骨料顆粒和增強纖維本身的阻尼，其它因素引起的阻尼（界面阻尼、熱彈性阻尼、粘塑性阻尼和材料破壞引起的阻尼等）對復合材料的阻尼性能也有一定影響。設計了兩組正交試驗研究纖維增強聚合物混凝土的各種組分的用量和配比以及不同的纖維種類對其阻尼性能的影響，得出了不同因素對復合材料阻尼性能的影響規(guī)律。 通過正交試驗研究了原料配比等因素對纖維增強聚合物混凝土力學性能的影響（以抗壓強度為

8、衡量指標），得到了各因素對復合材料力學性能的影響規(guī)律，可以作為優(yōu)化纖維增強聚合物混凝土原料配比的依據(jù)。正交試驗研究了玻璃纖維增強聚合物混凝土和碳纖維增強聚合物混凝土的力學性能差異，以及增強纖維的長度和用量對復合材料力學性能的影響。由于碳纖維的力學性能優(yōu)于玻璃纖維，在聚合物混凝土基體中可以承受更大的應力作用，對聚合物混凝土的增強效果優(yōu)于玻璃纖維。對纖維增強聚合物混凝土機械基礎件的動態(tài)性能進行了計算機仿真，并與灰鑄鐵基礎件進行了比較，結果證