同步熱分析儀用于分析樹脂復(fù)合材料

樹脂基復(fù)合材料

樹脂基復(fù)合材料（Resin Matrix Composite）也稱纖維增強(qiáng)塑料（Fiber Reinforced Plastics），是技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料,。這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強(qiáng)熱固性或熱塑性樹脂基體,，經(jīng)復(fù)合而成,。以玻璃纖維作為增強(qiáng)相的樹脂基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè),，在我國(guó)俗稱玻璃鋼,。

樹脂基復(fù)合材料是由以有機(jī)聚合物為基體的纖維增強(qiáng)材料,，通常使用玻璃纖維,、碳纖維、玄武巖纖維或者芳綸等纖維增強(qiáng)體,。樹脂基復(fù)合材料在航空,、汽車、海洋工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用,。

對(duì)復(fù)合材料的研究發(fā)跡了僅僅采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂的局面,，人們一方面不斷開辟玻纖-樹脂復(fù)合材料的新用途，同時(shí)也發(fā)現(xiàn),，這類復(fù)合材料的比剛度要求很高的技術(shù)的要求,，因而開發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維,、氧化鋁纖維,、硼纖維、芳綸纖維,、高密度聚乙烯纖維等高性能增強(qiáng)材料,，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體,，制成先進(jìn)復(fù)合材料（Advanced Composite Materials, 簡(jiǎn)稱ACM）,。這種先進(jìn)復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更好的性能，是用于飛機(jī),、火箭,、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料,。

復(fù)合材料在這幾個(gè)飛行器上的成功應(yīng)用,，表明了復(fù)合材料的良好性能和技術(shù)的成熟，這對(duì)于復(fù)合材料在重要工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用是一個(gè)極大的推動(dòng),。

同步熱分析儀在同一次測(cè)量中利用同一樣品可同步得到熱重與差熱信息,。當(dāng)被測(cè)物質(zhì)在加熱過(guò)程中有升華、汽化,、分解出氣體或失去結(jié)晶水時(shí),，被測(cè)的物質(zhì)質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化。這時(shí)熱重曲線就不是直線而是有所下降,。通過(guò)分析熱重曲線,，就可以知道被測(cè)物質(zhì)在多少度時(shí)產(chǎn)生變化,，并且根據(jù)失重量，可以計(jì)算失去了多少物質(zhì),。熱重分析通?？煞譃閮深悾簞?dòng)態(tài)(升溫)和靜態(tài)(恒溫)。熱重法試驗(yàn)得到的曲線稱為熱重曲線(TG曲線),，TG曲線以質(zhì)量作縱坐標(biāo),，從上向下表示質(zhì)量減少；以溫度(或時(shí)間)作橫坐標(biāo),，自左至右表示溫度(或時(shí)間)增加,。

同步熱分析儀可應(yīng)用于：同步測(cè)量熱重與差熱信息；廣泛應(yīng)用于陶瓷,、玻璃,、金屬、礦物,、催化劑,、含能材料,、塑膠高分子,、涂料、醫(yī)藥,、食品等各種領(lǐng)域,。

物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來(lái)研究其變化過(guò)程,。熱重法所測(cè)的性質(zhì)包括腐蝕,，高溫分解，吸附/解吸附,，溶劑的損耗,，氧化/還原反應(yīng)，水合/脫水,，分解,，黑煙末等，目前廣泛應(yīng)用于塑料,、橡膠,、涂料、藥品,、催化劑,、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開發(fā),、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控,。

無(wú)機(jī)物,、有機(jī)物及聚合物的熱分解；金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過(guò)程,；固態(tài)反應(yīng),；礦物的煅燒和冶煉；液體的蒸餾和汽化,；煤,、石油和木材的熱解過(guò)程；含濕量,、揮發(fā)物及灰分含量的測(cè)定,；升華過(guò)程；脫水和吸濕,；爆炸材料的研究,；反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究；發(fā)現(xiàn)新化合物,；吸附和解吸,；催化活度的測(cè)定；表面積的測(cè)定,；氧化穩(wěn)定性和還原穩(wěn)定性的研究,；反應(yīng)機(jī)制的研究。

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料常用的樹脂為環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂,。常用的有：熱固性樹脂,、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體,。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中,，也可以在加熱時(shí)軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后又變硬,。熱固性樹脂只能一次加熱和成型,，在加工過(guò)程中發(fā)生固化，形成不熔和不溶解的網(wǎng)狀交聯(lián)型高分子化合物,，因此不能再生,。復(fù)合材料的樹脂基體，以熱固性樹脂為主,。早在40年代,，在戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)上就開始采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料作雷達(dá)罩,。60年代美國(guó)在F—4,、F—111等飛機(jī)上采用了硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂作方向舵、水平安定面、機(jī)翼后緣,、舵門等,。在制造方面，50年代后期美國(guó)中程潛地“北極星A—2”第二級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上就采用了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的纏繞制件,，較鋼質(zhì)殼體輕27%,；后來(lái)采用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造“北極星A—3”，使殼體重量較鋼制殼體輕50%,，從而使“北極星A—3”的射程由2700千米增加到4500千米,。70年代后采用芳香聚酰胺纖維代替玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，強(qiáng)度又大幅度提高,，而重量減輕,。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在飛機(jī)、衛(wèi)星等結(jié)構(gòu)上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。

應(yīng)用

環(huán)氧乙烯基酯樹脂在氯堿工業(yè)中,，有著良好的應(yīng)用。

氯堿工業(yè)是玻璃鋼作為耐腐材料最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一,，目前玻璃鋼已成為氯堿工業(yè)的主要材料,。玻璃鋼已用于各種管道系統(tǒng)、氣體鼓風(fēng)機(jī),、熱交換器外殼,、鹽水箱以至于泵、池,、地坪,、墻板、格柵,、把手、欄桿等建筑結(jié)構(gòu)上,。同時(shí),，玻璃鋼也開始進(jìn)入化工行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。在造紙工業(yè)中的應(yīng)用也在發(fā)展,，造紙工業(yè)以木材為原料,，造紙過(guò)程中需要酸、鹽,、漂白劑等,，對(duì)金屬有的腐蝕作用，唯有玻璃鋼材料能抵抗這類惡劣環(huán)境,，玻璃鋼材料已,、在一些國(guó)家的紙漿生產(chǎn)中顯現(xiàn)其優(yōu)異的耐蝕性。

在金屬表面處理工業(yè)中的應(yīng)用，則成為環(huán)氧乙烯基酯樹脂重要應(yīng)用,，金屬表面處理廠所使用的酸,，大多為鹽酸、基本上用玻璃鋼是沒有問題的,。環(huán)氧樹脂作為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)入化工防腐領(lǐng)域,，是以環(huán)氧乙烯基酯樹脂形態(tài)出現(xiàn)的。它是雙酚A環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸通過(guò)開環(huán)加成化學(xué)反應(yīng)而制成,，每噸需用環(huán)氧樹脂比例達(dá)50%,，這類樹脂既保留了環(huán)氧樹脂基本性能，又有不飽和聚酯樹脂良好的工藝性能,，所以大量運(yùn)用在化工防腐領(lǐng)域,。

其在化工領(lǐng)域的防腐主要包括：化工管道、貯罐內(nèi)襯層,；電解槽,；地坪；電除霧器及廢氣脫硫裝置,；海上平臺(tái)井架,；防腐模塑格柵；閥門,、三通連接件等,。為了提高環(huán)氧乙烯基酯樹脂*的耐熱性、防腐蝕性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,，樹脂還不斷進(jìn)行改性,，如酚醛、溴化,、增韌等環(huán)氧乙烯基酯樹脂等品種,，大量運(yùn)用于大直徑風(fēng)葉、磁懸浮軌道增強(qiáng)網(wǎng),、頭盔,、光纜纖維牽引桿等。

剛度

 樹脂基復(fù)合材料的剛度特性由組分材料的性質(zhì),、增強(qiáng)材料的取向和所占的體積分?jǐn)?shù)決定,。樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)研究表明，對(duì)于宏觀均勻的樹脂基復(fù)合材料,，彈性特性復(fù)合是一種混合效應(yīng),，表現(xiàn)為各種形式的混合律，它是組分材料剛性在某種意義上的平均,，界面缺陷對(duì)它作用不是明顯,。

由于制造工藝、隨機(jī)因素的影響，在實(shí)際復(fù)合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續(xù)性,，殘余應(yīng)力,、空隙、裂紋,、界面結(jié)合不完善等都會(huì)影響到材料的彈性性能,。此外，纖維（粒子）的外形,、規(guī)整性,、分布均勻性也會(huì)影響材料的彈性性能。但總體而言,，樹脂基復(fù)合材料的剛度是相材料穩(wěn)定的宏觀反映,。

對(duì)于樹脂基復(fù)合材料的層合結(jié)構(gòu)，基于單層的不同材質(zhì)和性能及鋪層的方向可出現(xiàn)耦合變形,，使得剛度分析變得復(fù)雜,。另一方面，也可以通過(guò)對(duì)單層的彈性常數(shù)（包括彈性模量和泊松比）進(jìn)行設(shè)計(jì),，進(jìn)而選擇鋪層方向,、層數(shù)及順序?qū)雍辖Y(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的應(yīng)用要求

強(qiáng)度

材料的強(qiáng)度首先和破壞聯(lián)系在一起,。樹脂基復(fù)合材料的破壞是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,，且破壞模式復(fù)雜。各組分性能對(duì)破壞的作用機(jī)理,、各種缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響,，均有街于具體深入研究。   

樹脂基復(fù)合材強(qiáng)度的復(fù)合是一種協(xié)同效應(yīng),，從組分材料的性能和樹脂基復(fù)合材料本身的細(xì)觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)出其強(qiáng)度性質(zhì),。對(duì)于簡(jiǎn)單的情形，即單向樹脂基復(fù)合材料的強(qiáng)度和破壞的細(xì)觀力學(xué)研究,，還不夠成熟,。 

單向樹脂基復(fù)合材料的軸向拉、壓強(qiáng)度不等,，軸向壓縮問題比拉伸問題復(fù)雜。其破壞機(jī)理也與拉伸不同,，它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲,。實(shí)驗(yàn)得知：?jiǎn)蜗驑渲鶑?fù)合材料在軸向壓縮下，碳纖維是剪切破壞的,；凱芙拉（Kevlar）纖維的破壞模式是扭結(jié),；玻璃纖維一般是彎曲破壞。 

單向樹脂基復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度也不同。實(shí)驗(yàn)表明,，橫向壓縮強(qiáng)度是橫向拉伸強(qiáng)度的4～7倍,。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞，也可能伴隨有纖維橫向拉裂,；橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致,，大體沿45°斜面剪壞，有時(shí)伴隨界面破壞和纖維壓碎,。單向樹脂基復(fù)合材料的面內(nèi)剪切破壞是由基體和界面剪切所致,，這些強(qiáng)度數(shù)值的估算都需依靠實(shí)驗(yàn)。 

雜亂短纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料盡管不具備單向樹脂基復(fù)合材料軸向上的高強(qiáng)度,，但在橫向拉,、壓性能方面要比單向樹脂基復(fù)合材料好得多，在破壞機(jī)理方面具有自己的特點(diǎn)：編織纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在力學(xué)處理上可近似看作兩層的層合材料,，但在疲勞,、損傷、破壞的微觀機(jī)理上要更加復(fù)雜,。 

樹脂基復(fù)合材料強(qiáng)度性質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)還表現(xiàn)在層合材料的層合效應(yīng)及混雜復(fù)合材料的混雜效應(yīng)上,。在層合結(jié)構(gòu)中，單層表現(xiàn)出來(lái)的潛在強(qiáng)度與單獨(dú)受力的強(qiáng)度不同,，如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強(qiáng)度是其單層單獨(dú)實(shí)驗(yàn)所得橫向拉伸強(qiáng)度的2～3倍,；面內(nèi)剪切強(qiáng)度也是如此，這一現(xiàn)象稱為層合效應(yīng),。 

樹脂基復(fù)合材料強(qiáng)度問題的復(fù)雜性來(lái)自可能的各向異性和不規(guī)則的分布,，諸如通常的環(huán)境效應(yīng)，也來(lái)自上面提及的不同的破壞模式,，而且同一材料在不同的條件和不同的環(huán)境下,，斷裂有可能按不同的方式進(jìn)行。這些包括基體和纖維（粒子）的結(jié)構(gòu)的變化,，例如由于局部的薄弱點(diǎn),、空穴、應(yīng)力集中引起的效應(yīng),。除此之外,，界面粘結(jié)的性質(zhì)和強(qiáng)弱、堆積的密集性,、纖維的搭接,、纖維末端的應(yīng)力集中、裂縫增長(zhǎng)的干擾以及塑性與彈性響應(yīng)的差別等都有一定的影響,。

同步熱分析儀

1,、覆蓋-150至2000℃的寬廣的溫度范圍,。

2、可以快速而深入地對(duì)材料的熱穩(wěn)定性,，分解行為,，組分分析，相轉(zhuǎn)變,，熔融過(guò)程等進(jìn)行表征,。

3、易于使用的頂部裝樣式系統(tǒng),，在保證高解析度情況下的寬廣的TG稱量范圍（35g）,，適用于分析各種類別的材料，包括大塊的非均勻物質(zhì),。

4,、可自由更換的DSC傳感器，擁有最高的靈敏度與最佳的重復(fù)性,，用于反應(yīng)／轉(zhuǎn)變溫度與熱焓,，以及比熱的測(cè)量。

5,、大量可選的增強(qiáng)配件,，適應(yīng)客戶廣泛而多樣化的需求。