玻璃纤维复合材料热性能研究

作者:未知

  摘 要:本文利用热重差热分析仪对高强玻璃纤维编织布隔热性能进行分析,分析结果可以得出差热和热重曲线,根据分析结果掌握热解温度的区域值,这些分析结果有助于消防安全核材料等方面的应用,具有参考价值,是实施的前提条件。
  关键词:玻璃纤维;DTA曲线;TG(DTG)曲线
  1 研究背景
  玻璃纤维应用的范围很广,是现阶段高温过滤材料性能最优的材料,目前被广泛应用的领域主要有,大气环境保护领域,炭黑、水泥、火电、冶金、以及垃圾焚烧等的烟气除尘净化领域。如今科技在发展,玻璃纤维复合材料也随着科技的发展而不断改进,在化工、环境保护、国防、交通、电子、建筑等方面的领域都已经渗透并被广泛应用。玻璃纤维属于人造无机非金属纤维,之所以被广泛应用是因为它具有以下特点,耐高温、耐腐蚀、高强度、标准尺寸,制造的原材料来源丰富易获取,能够被工业化生产,因而相比于无机和有机纤维相比在价格方面比较低廉,具有很强的竞争优势。
  1.1 玻璃纤维复合材料分类
  玻璃纤维复合材料的分类,是以其含有的碱金属氧化物含量为分类基础,具体分为,高强、耐碱、高碱、中碱、无碱玻璃纤维等。
  1.2 国内外研究现状
  在建筑、桥梁、航空等领域应用的玻璃纤维复合材料,在热性能方面具有很重要的地位,现阶段国内外研究领域主要集中在玻璃纤维力学性能与制备工艺技术改良等方面,在玻璃纤维热性能方面的研究却凤毛麟角。
  1.3 本文研究内容
  本文对玻璃纤维复合材料热性能方面的研究内容主要是研究其在不同温度区域值下,样本重量是怎样变化的,这就需要有差热热重曲线,利用岛津DTG60(H)差热热重同步分析仪就是为这方面研究而实现的。
  2 试验部分
  2.1 试验原理
  热重(TG)曲线得出的原理是,通过记录仪记录被测试样发生质量变化时,电信号通过光电传感器质量变化直接转化而来的变化信息。
  2.2 样本制备
  试验样品的质量要为20.853mg,形状要用筛子直径为500目的筛选磨成粉末,空气作为其气体介质,初始温度为26.03℃,升温速率为10℃/min,温度介于25~800℃之间。
  3 结果分析
  3.1 差热分析法
  差热分析法(DTA),主要分析内容是差热曲线峰值的体现,峰值升高就是放热反应,峰值降低就是吸热反应,由此体现物质吸放热的情况。这种技术是用于试样与参比物二者之间测量温度差,反映温度关系的一种方式方法,差热分析法对温度的控制是通过技术设定的程序来实现的。DTA曲线即为玻璃纤维复合材料热解过程,这个过程由一个吸热峰和三个放热峰体现整个曲线图样,如上图左所示。当温升至300℃左右到达第一个放热峰,样本中的基体由于环氧树脂包含的环氧基性质活跃度较高,导致其分解并释放热量的要早于其他的元素。玻璃纤维增强体在温度400℃左右时则软化,这个温度值是其软化温度,导致环氧树脂剧烈燃烧,进而有固态变为液态最后转化为气态,因而产生了可燃性气体。吸热峰的形成是由于热量得到了吸收,出现较小的峰面而得出的。环氧树脂在温度达到450℃时分解放热的过程达到了第二个峰值,在温度到达550℃时,玻璃纤维开始分解其分解温度,环氧树脂已经达到完全分解的情况,这是其第三个放热峰值。
  3.2 热重分析法
  热重分析是一种分析重量和温度之间关系的方法,用于研究在给定加热速率下样品的重量损失率,这种关系曲线图称为TG曲线。
  3.2.1 TG曲线分析
  在初始阶段室温~150℃之间以及加熱后期650~800℃,试样质量减少不明显。初始外推温度是当累积质量变为200℃时,对应于失重前基线的延长线与TG曲线拐点处的切线的交点的温度。由于基体中的环氧基性质活泼,因此从起始外推温度开始,环氧树脂开始热分解。而后温升至350~450℃,环氧树脂热分解速率加快,质量迅速减少。温度升至450~600℃,玻璃纤维开始分解,试样质量再次减少。随后温升至终止外推温度650℃时,试样质量变化趋于零。
  3.2.2 DTG曲线分析
  图一右为样本的DTG曲线,根据图像可以分析出DTG曲线中有三个峰。DTG曲线表现的峰面积越大则反映出质量损失越大,热重量曲线的数量级与DTG曲线上的峰数相等,因此TG曲线的拐点与峰值是相互对应的,并且样品的质量损失和DTG曲线的峰面积是成比例关系。
  综上所述,高强度玻璃纤维的热解过程可分为三个阶段,整个失重阶段变化程度是非常大的,具体表现为玻璃纤维材料在第一和第二阶段主要热解产物是双酚A环氧树脂,第二阶段是材料失重速率最高的阶段,低三阶段的热解产物主要为玻璃纤维。
  参考文献:
  [1]陈镜泓.热分析及其应用[M].北京:科学出版社,1985.
  项目名称:重庆文理学院校级项目,项目编号:2017YXC48
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