環(huán)氧樹脂-空心玻璃微珠復(fù)合泡沫材料的制備研究.pdf

1、隨著人類海洋探索和開發(fā)領(lǐng)域進(jìn)程的不斷加快，深海固體浮力材料在海洋工程應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在深海環(huán)境下，固體浮力材料面臨著大潛深及高靜水壓的環(huán)境特點(diǎn)，因此，低密度和高強(qiáng)度成為固體浮力材料應(yīng)具備的材料性能。研究高性能固體浮力材料，使其具備高抗壓強(qiáng)度和低密度，同時(shí)兼具較高的可靠性，成為目前固體浮力材料的研究熱點(diǎn)。而由空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂復(fù)合的純復(fù)合泡沫浮力材料，能在低密度條件下保持足夠的強(qiáng)度，具有高壓縮強(qiáng)度質(zhì)量比，能應(yīng)用于更深的

2、海水深度，因此受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注和研究。
　　本文通過空心玻璃微珠填充環(huán)氧樹脂E-54/DDM（4,4′-二氨基二苯基甲烷）體系，制備了密度0.53g/cm3，抗壓強(qiáng)度44.25MPa的復(fù)合泡沫材料。通過非等溫DSC研究了復(fù)合泡沫材料的固化過程，分析了復(fù)合泡沫材料的固化動(dòng)力學(xué)及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；研究了復(fù)合泡沫材料的密度及微觀結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)地分析了空心玻璃微珠改性、固化劑用量、稀釋劑添加量及空心玻璃微珠填充量對(duì)復(fù)合泡沫材料力學(xué)性能的影響；

3、并通過Turesanyi公式和ANSYS仿真分析，研究了復(fù)合泡沫材料的壓縮強(qiáng)度及其破壞機(jī)理。
　　研究表明，相比環(huán)氧樹脂E-54/DDM固化體系，復(fù)合泡沫材料固化體系起始溫度提前8-10℃，固化峰值溫度提前4-6℃，固化反應(yīng)放熱焓變則因填料的吸熱而降低，固化體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也升高10℃。通過n級(jí)反應(yīng)模型和自催化反應(yīng)模型，計(jì)算了復(fù)合泡沫材料固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到反應(yīng)活化能Ea，指前因子A，n級(jí)反應(yīng)模型反應(yīng)級(jí)數(shù)n及自催化反應(yīng)模型

4、獨(dú)立反應(yīng)級(jí)數(shù)m、n。計(jì)算結(jié)果表明，n級(jí)反應(yīng)模型不能很好地描述復(fù)合泡沫材料固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，自催化模型則能較好地描述復(fù)合泡沫材料固化體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，但在固化反應(yīng)后期，固化反應(yīng)受擴(kuò)散控制影響，實(shí)驗(yàn)與模型有所偏差。
　　此外，復(fù)合泡沫材料體系中存在空氣泡。當(dāng)微珠填充量低于60％時(shí)，空氣泡含量較低，復(fù)合泡沫材料密度與理論值相差較小，當(dāng)填充量高于60%時(shí)，體系內(nèi)氣泡含量增多，材料密度與理論值差值增大。偶聯(lián)劑的加入，改善了空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂

5、的浸潤效果，增強(qiáng)二者的粘合，有效提高了復(fù)合泡沫材料的力學(xué)性能，特別是沖擊性能提高明顯。研究表明，當(dāng)固化劑配比為0.85時(shí)，復(fù)合材料體系的壓縮性能和彎曲性能最好，但沖擊性能較差。而活性稀釋劑的加入，增強(qiáng)了復(fù)合泡沫材料的韌性，對(duì)壓縮和彎曲性能也有一定的影響。當(dāng)活性稀釋劑加入量為10%時(shí)，體系的力學(xué)性能最優(yōu)。
　　通過數(shù)學(xué)方程Turesanyi公式對(duì)復(fù)合泡沫材料強(qiáng)度進(jìn)行了擬合，當(dāng)Turesanyi公式能夠較好地?cái)M合壓縮強(qiáng)度變化趨勢時(shí)，由