玻璃纖維-聚脲復合材料的微觀結構與力學性能研究.pdf

1、本文以吸收沖擊應力波為目標,選取了在抗沖擊領域有著良好應用前景的聚脲和玻璃纖維分別作為基體和增強體,制備了玻璃纖維/聚脲復合材料。通過傅里葉變換紅外光譜分析、熱重分析研究了聚脲和復合材料的微觀結構,通過萬能試驗機、Gleeble動態(tài)熱力模擬試驗機和分離式霍普金森壓桿測定了它們在應變率范圍為10-3~103s-1的壓縮應力應變曲線,通過動態(tài)機械熱分析儀研究了它們的動態(tài)力學行為。此外還利用掃描電鏡觀察了復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,氫鍵結合強度降低。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變率下的壓縮應力應變曲線,研究發(fā)現(xiàn)硬段體積分數(shù)為14.6％聚脲的彈性模量E約為75MPa,隨著硬段體積分數(shù)的增加,E是線性增加的,硬段體積分數(shù)增加到20.3%時,E增加到約115MPa。高彈性階段和非線性階段的應力水平是隨

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

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