玻璃纤维_聚脲复合材料的微观结构与力学性能研究.pdf

国内图书分类号: TB331 学校代码: 10213 国际图书分类号: 密级: 公开工学硕士学位论文玻璃纤维/ 聚脲复合材料的微观结构与力学性能研究硕士研究生: 吴冲导师: 武高辉教授申请学位: 工学硕士学科: 材料学所在单位: 材料科学与工程学院答辩日期: 20 13 年 7 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: TB331 : Thesis for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON MICROSTRUCTURES AND MECHANICAL PROPERTIES OF GLASS FIBER/POSITES Candidate : Wu Chong Supervisor : Prof. Wu Gaohui Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Material sScience Affiliation : Materials Science and Engineering Date of Defence : July, 2013 Degree -Conferring -Institution : Harbin Institute of Technology 摘要 I 摘要本文以吸收冲击应力波为目标, 选取了在抗冲击领域有着良好应用前景的聚脲和玻璃纤维分别作为基体和增强体, 制备了玻璃纤维/ 聚脲复合材料。通过傅里叶变换红外光谱分析、热重分析研究了聚脲和复合材料的微观结构,通过万能试验机、Gleeble 动态热力模拟试验机和分离式霍普金森压杆测定了它们在应变率范围为 10 - 3~10 3 s - 1 的压缩应力应变曲线,通过动态机械热分析仪研究了它们的动态力学行为。此外还利用扫描电镜观察了复合材料中纤维的分布情况。傅里叶红外光谱分析表明,随着硬段含量的增加,聚脲的氢键化程度增加, 但是完善氢键比例下降, 氢键结合强度降低。热重分析表明随着硬段含量的增加, 聚脲硬段和软段的分解温度降低, 聚脲热稳定性均降低。分析了聚脲在不同应变率下的压缩应力应变曲线,研究发现硬段体积分数为 %聚脲的弹性模量 E 约为 75MPa ,随着硬段体积分数的增加, E 是线性增加的, 硬段体积分数增加到 % 时, E增加到约 115MPa 。高弹性阶段和非线性阶段的应力水平是随着硬段含量和应变率的增加而增加的,因此在变形中聚脲储存的能量是增加的, 即聚脲的储能能力是增加的。扫描电镜观察发现, 本文制备的玻璃纤维/ 聚脲复合材料中纤维的分布均匀, 与界面的结合良好。从红外光谱分析中发现, 复合材料中玻璃纤维没有影响氢键结合强度; 但是降低了聚脲的氢键化程度和聚脲微相分离程度。分析不同应变率下玻璃纤维/ 聚脲复合材料的应力应变曲线,发现应变率为 - 1 时, 复合材料 E 在 ~ 范围内,比聚脲提高约 %~% 。随着纤维平均长度和纤维体积分数的增加, 复合材料的弹性模量、相同应变时的应力水平和储能能力都是增加的, 分析认为是由于纤维承受的应力和对聚脲分子链运动的限制作用增加的缘故。聚脲和复合材料在应变为 的应力、应变范围为 0~ 的储能能力随着应变率的增加幅度在高低应变率下是完全不同的, 表明了复合材料在高低应变率下有着不同的应变率敏感性机理。复合材料的储能模量在- 60~ - 20 ℃温度区间内迅速下降,对应的是聚脲软段的玻璃化转变。复合材料的玻璃化转变温度是随着纤维平均长度和体积分数的增加而增加的。复合材料的阻尼性能随着纤维体积分数的增加而增大,说明本征阻尼是复合材料主要的耗能机制;复合材料的阻尼性能随着纤维长度的增加而减小, 说明界面阻尼对复合材料阻尼贡献显著。关键词: 聚脲; 玻璃纤维;复合材料;微观结构;力学性能 Abstract II ABSTRACT In order to absorb the impact stress wave, a new kind posite material was developed. Polyurea elastomer and glass fiber, which have a good application in the field of impact -and blast -posite structure, were respectively se