弹性材料

关键词： 导热性 弹性 满足 材料

弹性材料（精选十篇）

弹性材料 篇1

1 铜基弹性材料概述

铜基弹性合金应用很普遍, 这类合金的特点是无磁和导电良好, 目前主要应用在接插件、弹簧、连接器、转换器等各种载流弹性元器件中, 具体包括以下几种类型:第一种是低温退火型铜基弹性合金, 比如黄铜等等。第二种是时效析出硬化型铜基弹性合金, 比如钛青铜等等。第三种是调幅分解型铜基弹性合金, 比如铜镍锡合金等等。第四种是微粒弥散硬化型铜基弹性合金, 比如铜铁磷合金等等。

目前还有一种分类的方法, 就是根据铜基弹性, 将铜基弹性合金分成高弹性、中等弹性、低弹性几种类型的合金。我国的铜基弹性合金以锡磷青铜为主, 在一定程度上存在着性能差、成本高的局限性。

2 不同类型的铜基弹性合金及其应用

2.1 高弹性铜合金

2.1.1 沉淀硬化型合金

所谓的沉淀硬化型合金, 实质上指的就是铍青铜合金。铍青铜是一种特殊的青铜, 具有极高的弹性, 而且生产历史较长, 具有很好的性能。铍青铜的弹性较高, 耐磨损、耐疲劳、耐腐蚀的性能都非常好, 将这种材料应用在铜合金制造中, 可以满足不同场合的高弹性需求。但是铍青铜的材料很昂贵, 而且其中存在有害物质, 会导致人中毒, 因此在具体应用过程中存在较大的限制。

当前美国和日本是世界上铍青铜的主要生产国, 随着科学技术的不断发展, 两国在生产铍青铜时都注重加工工艺的安全性和高效性。我国从五十年代开始生产铍青铜, 在铍青铜的冶炼加工等环节进行了大量的试验, 并收获了较好成果。我国的东方钽业公司是目前唯一从事青铜开发的公司, 生产水平相对较高, 但是仍然存在着生产方式落后、产量较低的弊病。

工业上的沉淀硬化型合金, 即铍青铜合金包括高强度和中等强度导电能力的铍铜合金和低强度、导电能力较弱的铍铜合金。虽然说铍铜合金的效能很高, 但是在研究生产的过程中仍然需要改进工艺。比如, 在生产铍青铜的过程中, 可以改进熔铸工艺, 采用电渣重熔的方法, 提高材料的性能。同时, 在生产过程中, 可以添加微量的合金元素。进行二次形变热处理也是提高铍铜合金寿命的方法, 技术人员在具体的工作中应该加以注意。

2.1.2 调幅分解型合金

调幅分解型合金又称铜镍锡合金, 可以提高合金的强度和弹性, 是上述合金类型的替代品。这种生产材料的成本比较低, 而且耐腐蚀性和焊接性较好, 能有效代替铍青铜, 成为工业制造的替代品。目前调幅分解型合金在国外已经被大量应用, 我国对此类型合金的研究进程也在不断加快。

2.2 中等弹性铜合金

2.2.1 时效硬化型合金

钛青铜是时效硬化型合金, 强度和弹性都好, 而且可以耐热耐磨, 在日本这类合金得到了广泛应用, 我国也在不断探索钛青铜的应用方式, 进行了大量的实验研究和推广活动。想要扩大钛青铜的适用范围, 首先要解决合金的冶炼技术问题。钛很容易出现氧化, 在进行冶炼时损耗的物质很多, 因此在应用之前必须先解决好技术问题。

2.2.2 调幅分解型合金

铜镍铬合金是调幅分解型合金, 也是中等弹性合金, 是由国际公司研发制成的一种新型合金。德国的公司为了提高这种合金的应用效率, 对其进行的时效处理。经过实验, 这种合金的强度增加, 可以应用在导电弹簧的制作中。

2.3 低弹性铜合金

2.3.1 低温退火型合金

锡磷青铜是一种低温退火型合金, 可以通过固溶强化和冷却之后获得良好的性能。由于锡磷青铜投入生产的环节较多, 其生产周期很长, 同时锡磷青铜的资源比较短缺, 目前还不能大规模地投入应用。

2.3.2 弥散强化型合金

高铜合金是一种弥散强化型合金, 这种合金的生产过程如下:在铜固溶体中加入一些元素, 可以降低其溶解度, 对化合物质进行析出, 可以使合金的导电率上升。目前我国已经研制出了新型的弥散强化型合金, 这种合金材料经过固溶处理、冷加工之后, 具有较高的导电性, 而且抗腐蚀、抗疲劳的程度都较高, 可以作为一种低弹性的铜基弹性材料, 代替锡磷青铜的使用, 从而减少生产成本, 提高生产效率。

3 结语

我国的科技水平已经发展到了一定的层次, 为了满足现代化的生产需求, 应该对铜基弹性材料的应用进行深入分析, 将其投入到现代化生产之中。

参考文献

[1]刘东辉, 马鹏, 崔文源.铜基弹性合金的研究现状与发展[J].有色金属加工, 2011, 05:8-12.

材料弹性模量E测定实验说明 篇2

弹性模量E和泊松比是材料的两个重要力学性能参数，在解决工程构件的强度、刚度和稳定性问题时，会经常用到。本实验以拉伸和压缩试件为例，用实验一的数据测定试件材料的弹性模量E和泊松比。

一、试验目的1．测定材料的弹性模量E和泊松比。

2．验证胡克定律。

二、仪器、设备

1.力学试验台。

2.辅助工具和量具。

三、试样

利用实验一的数据进行计算。

四、试验原理和方法

杆件承受轴向载荷时，在比例极限内，应力与应变遵循胡克定律：

E

式中，ε为沿拉力方向的线应变（或称纵向线应变），E为材料的弹性模量。

同时试件的横向线应变与纵向线应变之间存在着以下关系：







式中，称为横向变形系数或泊松比。

按平均值法或最小二乘法计算E和。

1.平均值法

因各级载荷增量相同并等于F，由下式计算弹性模量E和泊松比：EiF

bt

1j

EEi

n(3.1)(3.1a)

i

2i2i

(3.2)1i1i



2.最小二乘法

i

n

(3.2a)

Fi

2E

bti1i

（3.3）（3.4）



式中，b、t为试样的宽度和厚度。

五、试验结果处理

i2i

i1i

表1 材料弹性常数E、测定数据处理列表(最小二乘法)

将数据按表3.1作初步处理，然后按公式（3.1）、（3.1a），（3.2）、（3.2a）计算E和。如用最小二乘法按公式（3.3）和（3.4）计算E、，计算步骤参考表3.2列表示出。

六、预习要求

1.参考实验一。

2.参考数据处理列表，按实验要求，自已设计并绘制好本实验记录表格。

七、实验报告要求

1.实验报告应包括实验目的，仪器、设备名称和型号，测试原理与方法，实验数据与处理。

2.在坐标纸上作图，验证其符合胡克定律的程度。

八、思考题

BP神经网络对材料弹性模量的预测 篇3

【摘 要】讨论利用神经网络对梁的变形进行分析，利用分析的数据来预测梁的弹性模量，并与实际变形情况做比较，希望在工程实际应用中，提供材料力学分析的新方法。

【关键词】弹性模量 力学分析 神经网络 matlab

【中图分类号】G250.72【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0465-01

1 研究背景

本文所研究的梁的模型为伯努利梁，基于神经网络对函数具有很好的逼近这一特性，希望能借助神经网络获得梁的挠度与弹性模量的对应关系。

2 问题的描述？即悬臂梁的受力模型和几个参数是已知的，当悬臂梁采用不用的材料时，悬臂梁的变形情况是不同的，现在已知在几种不同弹性模量E的情况下所对应的最右端的挠度值：

现在面临的问题是，在不知道最右端挠度值和E、M、I关系的情形下，能利用的条件只有表1的一组数据，在已经测量到最右端挠度值w=0.0198的情况下，想预测材料的弹性模量E的数值。

3 BP网络求解过程

上述问题可以通过神经网络对数据的分析和预测来求解，利用挠度w作为网络的输入，E作为网络的输出，构建神经网络，利用这一神经网络来模拟w、E、M、I的相互关系，当有一个新的w输入的情况下，神经网络可以产生一个对应的输出，比较这一输出和通过计算所获得解析解的误差来分析神经网络的预测能力。

用BP神经网络求解问题的过程，可以分成如下步骤：1）原始数据输入；2）数据的归一化；3）网络建立；4）对已有数据进行仿真；5）将仿真结果与实际结果对比并修正网络；6）对新数据进行仿真。

下面给出具体程序，并对程序添加了注释

P=[ 0.2500 0.2380 0.2270 0.2170 0.2080 0.2000 0.1920 0. 1850 0.1790 0.1720 0.1670]；%以挠度w作为输入矩阵，为了提高神经网络隐含层函数对数据的识别能力，把挠度值w写为w*10

T=[2.0000 2.1000 2.2000 2.3000 2.4000 2.5000 2.6000 2. 7000 2.8000 2.9000 3.0000]； %以弹性模量E作为目标矩阵，单位为E+11Pa

net=newff（[0.1670 0.2500]，[10 1]，{tansig purelin}）；

net.trainParam.epochs=10000；

net=train（net，P，T）；

x=[0.198]；

y=sim（net，x）

TRAINLM， Epoch 0/10000， MSE 9.68058/0， Gradient 66. 1516/1e-010

TRAINLM， Epoch 4/10000， MSE 1.15301e-022/0， Gradient 5.68978e-012/1e-010

TRAINLM， Minimum gradient reached， performance goal was not met.

y=2.5132图2 神经网络训练情况

上述y=2.5193即为神经网络所预测得到的弹性模量数值，可以看到神经网络仅仅训练了4步，网络的总体误差为：MSE 1.15301e-022，下面分析这一网络的预测精度。根据计算悬臂梁最右端挠度的计算公式得到

参考文献

[1] 丛爽.面向Matlab工具箱的神经网络理论与应用 中国科学技术大学出版社.2008.09

[2] 郭丽华.人工神经网络基础 哈尔滨工程大学出版社.2006.11

弹性环氧灌浆材料的性能研究 篇4

近年来, 水库大坝、高速公路、桥梁等混凝土结构老化后出现了大量的裂缝, 许多裂缝的宽度还会随温度变化、水位涨跌及载荷的变化而不断张合。在以往的工程中, 都是采用收缩小、力学强度高、耐久性好的环氧灌浆材料进行化学灌浆原位修复。但是环氧树脂本身是一种脆性的热固性树脂, 目前大量使用的糠醛丙酮环氧树脂灌浆材料的韧性虽有所提高, 但仍是一种脆性材料[1,2,3,4], 材料的断裂变形比较小, 不适合灌注变形大的伸缩缝。采用传统糠醛丙酮环氧灌浆材料加固的一些水库大坝工程, 随着缝隙的张合会导致材料的破坏, 因此, 每隔一段时间都需要重新注浆。

针对这种伸缩缝隙的灌注, 需要采用一种方法对环氧树脂进行改性, 提高其弹性, 使得环氧灌浆材料能广泛地应用在类似于水库大坝的伸缩缝中。目前在环氧树脂的增韧方面已经有了大量的研究[5,6,7,8], 但是真正能应用到可伸缩缝灌注方面的环氧灌浆材料还是比较少, 也很少有合适的方法去衡量环氧树脂灌浆材料在伸缩缝中的使用效果。

本文采用压力机对材料进行多次反复的压缩, 通过测量材料多次压缩之后力学强度的变化以及恢复时间和恢复状况来表征灌浆材料在伸缩缝隙中的变化情况。通过这种模拟材料在伸缩缝隙中的挤压和张拉情况的方法来表征环氧树脂灌浆材料的弹性。

本文用聚乙二醇PEG200化学改性环氧树脂, 制备出一种高弹性的环氧树脂灌浆材料, 与聚乙二醇PEG200物理共混制得的环氧树脂灌浆材料相比, 该材料可以经受多次压缩而强度不会降低, 从而具有很好弹性, 且粘接强度、拉伸强度和剪切强度等其它方面的性能也都达到了JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》标准的要求。因此, 采用该方法制成的环氧树脂灌浆材料可以用来修复混凝土中的伸缩缝。

1 试验部分

1.1 原材料与试验仪器

双酚A型环氧树脂:E-51, 工业品, 美国壳牌公司;聚乙二醇:PEG200, 进口分装, 广东光华化学厂有限公司;催化剂:实验室自制;AGE (C12~C14烷基缩水甘油醚) 、SY-692 (苄基缩水甘油醚) :工业品, 上海晟盈科技有限公司;固化剂:实验室自制;促进剂:DMP-30。

NDJ-4型旋转黏度计;RFX-65A傅立叶变换红外光谱仪;WDW3020型微机控制电子万能试验机;p HS-25C型雷磁精密数显酸度计测试。

1.2 弹性环氧树脂灌浆材料的制备

1.2.1 改性环氧树脂的合成

按一定比例称取环氧树脂E-51及催化剂, 置入四口烧瓶中, 油浴加热至100~120℃, 然后滴加聚乙二醇PEG200, 滴加后再升高温度到130℃左右继续反应1~2 h, 经冷却得到改性环氧树脂。其具体合成路线如下。

1.2.2 弹性环氧灌浆材料的配制

将制得的改性环氧树脂与稀释剂配成A组分, 固化剂和促进剂配成B组分, 再将A、B组分按照表1所示的配比混合, 便可以制得所需的弹性环氧灌浆材料。

1.3 分析测试与性能表征

(1) 黏度:按照GB/T 2794—1995, 采用NDJ-4型旋转黏度计进行测试;

(2) FTIR分析:采用美国Analect公司RFX-65A傅里叶红外转换光谱仪测试;

(3) 环氧值:采用盐酸-丙酮法测试;

(4) 密度:在室温下, 采用体积法进行测试;

(5) pH值:在室温下, 采用p HS-25C型雷磁精密数显酸度计测试;

(6) 抗压强度:按照GB/T 2569—1995, 试样为直径10.00mm, 高度为25 mm的圆柱体。将材料室温固化15 d后, 用WDW3020型微机控制电子万能试验机, 在室温下分5次对同一试样进行抗压强度测试, 取试样压缩至原长度50%时的抗压强度为压缩终点时的抗压强度;

(7) 恢复时间:从抗压试样压缩到原长50%处时开始计时, 到材料恢复至原长时所需要的时间记为材料的弹性恢复时间;

(8) 拉伸强度:按照GB/T 2568—1995制样, 然后再用WDW3020型微机控制电子万能试验机测试拉伸强度, 拉伸速度为5 mm/s。

2 结果与讨论

2.1 改性环氧树脂的结构及性质

2.1.1 改性环氧树脂的结构分析

未改性的环氧树脂E-51和经PEG200改性的环氧树脂E-51的红外谱图可分别见图1、图2。

由图1、图2可以发现, 改性E-51的环氧基特征峰在914cm-1处, 其强度明显比未改性的E-51在918 cm-1处的环氧基特征峰要弱很多, 且位置要后移, 这主要是因为在环氧树脂中间引入聚乙二醇后使得环氧基所占的比例下降, 从而导致环氧基特征峰的强度减弱。又因为改性后的E-51的环氧基之间的距离比未改性的E-51上的环氧基之间距离大, 从而导致彼此的影响较小, 所以环氧基的特征峰后移。而在3000~3400 cm-1处, 改性后的E-51的羟基峰明显比未改性的峰宽, 强度也较大, 主要是因为聚乙二醇上的羟基与环氧基反应之后生成羟基, 而导致整个体系的羟基比例增大。所以, 从图1、图2红外光谱可以看出, 经过上述反应后, 实现了PEG200对E-51的改性。

2.1.2 改性环氧树脂的性质

(1) 黏度

对于灌浆材料来讲, 只有较低的黏度才能灌入细微的裂缝, 因此, 在制备环氧树脂灌浆材料时必须考察体系的黏度变化情况。

在灌浆材料中使用的主体环氧树脂一般是E-51或E-44, 其中E-51的黏度为25 000 m Pa·s左右, 而E-44的黏度更大, 因此, 需要降低环氧树脂灌浆材料的黏度。本文通过将PEG200接入到E-51分子结构中间, 增大了刚性环氧树脂分子的运动性, 从而降低了环氧树脂的黏度。下面就PEG200的添加量 (占E-51的质量比) 对黏度的影响进行讨论。

PEG200的添加量对环氧灌浆材料黏度的影响见图3。

从图3可以看出, 改性树脂的黏度随PEG200添加量的增加而逐渐减小。E-51树脂本身的黏度在25 000 m Pa·s左右;当PEG200添加量为10%时, 体系的黏度急剧下降到7700m Pa·s;当PEG200添加量从10%增加到35%时, 其黏度从7700 m Pa·s降低到1200 m Pa·s。这说明PEG200具有非常好的降低黏度的作用, 主要原因是PEG200和环氧树脂反应后, 2个分子通过柔性的醚键连接, 分子间距离增大, 环氧树脂分子链的位阻减小, 分子运动能力增强, 树脂的黏度降低。

(2) 主要物理性质

改性环氧树脂淡黄色透明, 不溶于水, 密度1.13 g/cm3, p H值5.6, 环氧值0.3~0.4。

2.2 改性环氧灌浆材料的性能

分别从PEG200添加量、稀释剂种类、稀释剂含量以及固化剂的含量等方面对改性环氧树脂灌浆材料的抗压强度、恢复时间以及其它力学性能进行分析和表征。

2.2.1 PEG200添加量对改性环氧灌浆材料性能的影响

(1) 抗压强度

抗压强度是反映灌浆材料力学性能的一项重要指标, 当环氧树脂灌浆材料灌入细微裂缝时, 不仅仅要求材料有较好的抗压强度, 也需要该材料具有一定的弹性, 使其在裂缝多次抗压之后能够恢复到原来的力学状态。本文通过考察5次重复压缩对材料的抗压强度和恢复时间的影响来表征材料的耐压缩性能。

PEG200添加量对改性环氧灌浆材料抗压强度的影响见图4。

从图4可以看出, 随着PEG200添加量的增加, 浆材的抗压强度逐渐减小, 主要原因是随着PEG200添加量的增多, 有较多的PEG200接入环氧树脂分子之间, 导致环氧基之间的距离变大, 从而导致材料固化后形成的交联网络也越不致密, 所以强度下降。

从图4还可以看出, 改性后的浆材不仅有很好的抗压强度, 而且具有十分优异的弹性。除了PEG200添加量为10%时只压了2次材料就破坏之外, 其它配比的试样都可以经受反复的压缩, 且压缩之后都能恢复到原来的长度。说明PEG200添加量过少, 材料的弹性较小, 耐压缩性能不强。但是PEG200的添加量也不宜过多, 否则会造成游离态PEG200过多, 将会严重降低材料的各项力学性能。

(2) 恢复时间

恢复时间可以从另外一个角度反应材料的弹性及伸缩性能, 一般来讲恢复时间越短则说明该材料的弹性越好。PEG200的添加量对改性环氧灌浆材料抗压后恢复时间的影响见图5。

从图5可以看出, 随着PEG200添加量的增加, 环氧灌浆材料恢复时间逐渐缩短, 当添加量为35%时, 试样基本上只需要十几分钟就可以恢复。这说明PEG200的加入对环氧树脂的弹性具有很大程度的提高, 随着PEG200添加量的增加, 体系内具有弹性的醚键也越多, 从而导致在压缩时所储备的弹性势能逐渐增多, 所以恢复时间也较短。但是PEG200与E-51的比例不能太高, 否则体系内的游离态PEG200含量过高, 这会导致材料的抗压强度减小, 使材料容易被破坏。

(3) 拉伸强度与断裂伸长率

拉伸强度和断裂伸长率也是表征材料弹性的一项重要指标, 传统的糠醛丙酮体系环氧灌浆材料的拉伸强度较大, 但是其断裂伸长率较小, 一般在4%~8%, 很易在缝隙张拉过程中被破坏。而本文研制的聚乙二醇改性环氧树脂灌浆材料具有较好的断裂伸长率 (见表2) , 能够抵抗缝隙的变化对材料的破坏。

由表2可以看出, 随着PEG200添加量的增加, 材料的拉伸强度逐渐降低, 断裂伸长率逐渐增大。主要原因是, 随着体系内PEG200添加量的增加, 一方面, 由于PEG200引入到E-51中后使得分子链变长, 环氧固化后的交联网络也没有未引入PEG200前密实, 且游离态的PEG200也会增多, 所以该材料的拉伸强度逐渐降低。另一方面, 随着PEG200的增多, 体系中的醚键逐渐增多, 从而使得分子链的运动能力变强, 材料的弹性越来越大, 所以该材料的断裂伸长率逐渐增大。

综上所述, 综合考虑黏度、抗压强度、恢复时间、拉伸强度及断裂伸长率等影响因素, 以及行业标准对环氧树脂灌浆材料的要求, 本文认为, PEG200与E-51的质量比在20%~30%时较为合适。

2.2.2 稀释剂对改性环氧灌浆材料性能的影响

图3表明, 经PEG200改性后E-51的黏度降低了很多, 但即使PEG200添加量为35%时, 其黏度也还有1200 m Pa·s, 不能够满足环氧树脂灌浆材料对黏度的要求。一般环氧树脂灌浆材料要求黏度在200 m Pa·s左右, 因此, 还需要在PEG200改性后的体系中加入稀释剂来进一步降低其黏度。本文就AGE和SY-692两种稀释剂的添加量 (稀释剂占改性后环氧树脂的比例) 对E-51的稀释效果及其对固结体力学性能的影响进行讨论。以下性能测试所用环氧树脂均为PEG200添加量为25%时的改性E-51环氧树脂。

(1) 黏度 (见图6)

从图6可以看出, PEG200的添加量为25%时, 改性环氧树脂体系的黏度随着稀释剂添加量的增加从420 m Pa·s逐渐降低至120 m Pa·s。这主要是由于稀释剂的加入使环氧树脂E-51的分子运动受到的阻力更小, 运动能力变强, 所以黏度也随着稀释剂含量的增多而逐渐变小。

图6还表明, SY-692和AGE两种稀释剂的稀释效果总体相近, 但在相同的用量下, SY-692的稀释效果略好于AGE。主要原因是, AGE中存在很长的碳链和双键, 很容易发生分子链间的缠绕或交联而增加分子运动阻力, 而SY-692即苄基缩水甘油醚由于存在刚性基团, 分子较小而不存在缠结的问题, 所以后者的稀释效果更好一些。且SY-692中存在刚性的苯环, 与柔性的烷基链相比, 它的黏度对温度更加敏感, 又因为固化反应是一种放热反应, 所以, 随着温度的升高, 其黏度降低的更快。

虽然说黏度越小越有利于灌注, 但是黏度太小, 其力学性能也会变弱。因此, 不宜加入太多的稀释剂。

(2) 抗压强度

分别使用不同的稀释剂AGE、SY-692, 按照不同的配比对改性之后的环氧树脂进行稀释, 然后按固化剂的理论添加量配以一定的固化剂和促进剂, 在室温固化15 d后测抗压强度。

不同稀释剂的添加量对环氧灌浆材料抗压强度的影响分别见图7、图8。

由图7、图8可见:

①经过本文提出的改性方法和配比制得的环氧树脂灌浆材料具有很好的抗压强度和弹性, 能够多次反复压缩, 且可以恢复至原状。

②随着稀释剂增多, 抗压强度逐渐减小。主要原因是稀释剂是单环氧官能团的物质, 它跟固化剂反应生成的是小分子物质, 在环氧树脂E-51与胺形成的交联网络中起着降低交联网络密度的作用。所以随着稀释剂含量的增多, 小分子物质所占的比例增大, 交联网络的密度逐渐减小, 所以抗压强度逐渐降低。

③掺加55%AGE稀释后的试样在一次压缩之后就被破坏, 不能再恢复至原来的状态。主要是由于稀释剂掺量过大, 固化之后形成的低分子量物质含量过高, 会导致整个固化体系不够稳定, 试样容易被压坏, 所以稀释剂添加量不宜过多, 一般在20%~35%比较合适。

④这2种稀释剂对环氧灌浆材料抗压强度大小的影响差别不大, 在稀释剂含量低于20%时, 各试样抗压强度基本能够达到40 MPa以上, 符合行业标准对环氧树脂灌浆材料固化物性能要求。

(3) 恢复时间

不同稀释剂的添加量对环氧树脂灌浆材料抗压后恢复时间的影响见图9。

从图9可以看出, 随着稀释剂添加量的增加, 恢复时间逐渐减小, 当稀释剂添加量为40%~50%时, 试样基本上都能够在5 min内恢复至原高度。主要原因是稀释剂与固化剂生成的小分子结构的物质在交联网络之间起着弹性小颗粒的作用, 随着稀释剂添加量的增多, 体内弹性小颗粒的含量也逐渐变多, 所以恢复时间逐渐变小。

图9还表明, SY-692的弹性恢复时间相对AGE较短, 主要是因为AGE中含有较长的分子链, 这些分子链之间有一定程度上的缠结, 所以恢复时间相对较长。

综上所述, 当稀释剂添加量为20%~25%时具有较佳的黏度、抗压强度和恢复时间。

2.2.3 固化剂添加量对改性环氧灌浆材料性能的影响

固化剂对环氧树脂灌浆材料的各项性能有着十分重要的影响, 选择合适的固化剂添加量对环氧树脂灌浆材料具有重要意义。本文采用PEG200添加量为25%时的改性环氧作主剂, 用AGE作为稀释剂, 其用量为改性环氧树脂的20%。按照环氧基与活泼氢摩尔比为1∶1, 可以计算得到理论固化剂添加量 (占添加稀释剂后的环氧树脂质量比) 为12.4%, 再依据该比例分别取固化剂含量为6.4%、9.4%、12.4%、15.4%、18.4%、21.4%时分别对其抗压强度和恢复时间进行考察, 便可以得出该材料应用在伸缩缝灌注时的最佳固化剂使用量。

(1) 抗压强度

固化剂的添加量对环氧灌浆材料抗压强度的影响见图10。

从图10可看出, 随着固化剂添加量的增加, 试样的抗压强度先增大后减小。主要原因是, 固化剂添加量较少时, 材料固化不是很充分, 从而导致抗压强度较低。随着固化剂添加量的增加, 固化剂与环氧树脂形成的交联网络变得更加致密, 所以抗压强度也就逐渐增大。但是当固化剂添加量继续增加时, 固化后的交联网络变得更加致密, 使分子运动能力下降, 进而导致材料较脆, 很易被破坏。另外, 环氧的固化是放热反应, 放热又会加快固化反应速度, 若固化剂添加量过多, 固化太快, 而导致固化不均一, 甚至会导致爆聚, 从而会破坏材料的力学性能, 其抗压强度会下降。

(2) 恢复时间

固化剂添加量对环氧灌浆材料恢复时间的影响见图11。

从图11可以看出, 随着固化剂用量的增加, 恢复时间逐渐缩短, 主要原因是随着固化剂的增多使得交联网络更加致密, 从而使得试样在经压缩之后所储备的弹性势能越来越大, 从而导致在释放压力之后, 试样会以较快的速度恢复至原样。

综上所述, 相对于不同性能指标来讲, 其固化剂的最佳含量不同, 并不能完全按照理论计算最佳固化剂含量。综合考虑各项性能指标, 本文中的固化剂含量在10%~12%较为合适。

3 结 论

(1) 经过PEG200改性的环氧灌浆材料, 力学性能基本达到了JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》的要求, 且能够经受反复压缩, 具有良好的弹性, 适合可伸缩缝隙的灌注。

(2) 经PEG200改性后的E-51, 黏度与未改性的E-51相比有很大程度的降低, 再配以一定的环氧树脂稀释剂, 黏度会变得更低。当PEG200添加量为25%, 改性环氧树脂的黏度为2080 m Pa·s;加入20%稀释剂SY-692, 黏度降低为250 m Pa·s, 再配以一定的固化剂之后, 黏度降低至160 m Pa·s左右, 基本满足环氧树脂灌浆材料对黏度的要求。

(3) 当PEG200添加量为E-51的20%~30%, 稀释剂的添加量为改性环氧的20%~25%, 固化剂添加量为A组分的10%~12%时得到的环氧树脂灌浆材料其黏度和力学性能最适合伸缩缝的灌注, 其抗压强度为40~60 MPa, 拉伸强度为5~11 MPa, 断裂伸长率达到25%左右, 远远大于传统的环氧灌浆材料。

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弹性材料 篇5

试验组别：材料科学与工程13-1 班一组

试验者姓名:赵乙凡学号：1311440123试验日期：2015年12月23日

电测法测定材料弹性模量E和泊松比μ

一． 实验目的。

1．测定碳钢的弹性模量。2．测定碳钢的泊松比。

二．实验设备及仪器。

1.材料力学多功能试验台一台。2.应力&应变综合参数测试仪一台。3.拉伸试件。4.温度补偿块。5.长度测量尺。

三．实验原理及方法。四．实验步骤。

1.设计好本实验所需的各类数据表格。2.测量试件尺寸。3.制定加载方案。

4.根据要求选择桥接方式，调整所用仪器设备。5.分级加载（一般分4-6级），记录不同载荷下的应变值，并随时检查应变量是否符合线性变化。实验至少重复两次。

6.完成全部内容后，卸除载荷，关闭电源，设备及导线恢复原状。

7此实验加载时，不要过载，接线时要小心，避免损坏试件以及各种接线。

五．实验结果处理。

1.根据公式计算弹性模量。2.根据公式计算泊松比。

式样截面积：4.99×2.92=14.5708mm 2

表一：实验测量值（09~11、14 为纵向微应变 12~13 为横向微应变）

表二：弹性模量 E 与泊松比的计算

表三：方差计算：

六．思考题。

1.测定金属的弹性模量为什么要用引伸计或应变片来测量。

金属弹性模量测定时，由于金属变形量微小，并且卸载后变形会恢复，无法用长度测量工具准确测出变形大小，故需要用应变片来使数值变得可测量且较准确。应变片是由一定长度的敏感栅和引线等构成，测量应变时，将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。2.分析误差原因。

1．从操作的角度分析，可能原因是读数和数据记录的偏差。

1是施加载荷的工作状态不是十分稳定，导致各2．从实验机器的角度分析，可能原因○

2由于拉伸时出现偏心，导致左右侧边的应变片测量值一个偏大种仪表精度上的误差。○3由于应变片与试件表面的粘结出现松动，一个偏小。○导致载荷增大时应变的测量偏小，导致 E 的值严重偏大。

弹性材料 篇6

随着人类社会的进步与物质生活水平的提高,人们对周围生活环境的舒适性提出了更高的要求。振动和噪声环境的长期作用不仅会影响人们的身心健康,降低工作效率,还会导致结构设备因长期振动而疲劳破坏、精密仪器灵敏度下降。控制振动、降低噪声已经成为迫切需要解决的课题[1]。

从广义上看,声学现象实质上就是传播媒质(气体、液体、固体等)质点所产生的一系列力学振动传递过程的表现,而且声波的发生基本上也来源于物体的振动[2]。振动与噪声紧密联系在一起,因此必须将两者相结合研究减振降噪问题。对于振动、噪声的控制应该在噪声(振动)源、传播途径和接受者三个层次上实施。控制噪声(振动)就应当从声源上降低噪声(振动),从传播途径上隔断、吸收噪声(振动)和对噪声接收的对象进行必要的保护[3]。

从声源上降低噪声(振动)首先应着力研发振动与噪声较低、对环境影响较小的设备,从源头上减小设备的振动与噪声。但设备性能的提升并不是无限制的,还应从传播途径上隔断、吸收噪声(振动)以及采取措施对噪声作用的对象进行必要的保护。噪声按传播途径的不同主要分为空气噪声和固体噪声两大类,不同的传播途径决定了对它们处理的方法也不同。空气噪声是声波通过空气介质传导,因而对空气噪声主要采取隔声措施,如采用隔声材料或密闭结构隔绝噪声等。固体噪声则是噪声作用于结构上引起结构的振动而辐射噪声,对于固体噪声的处理则主要靠隔振与减振措施,如优化结构避免共振,增加结构的自身刚度,增加结构阻尼以衰减振幅等。对噪声接受对象保护的常用方法主要有使用防声耳塞、耳罩和防声帽盔等[4]。

黏弹阻尼材料不但兼具隔声、吸声和减振等优点,而且来源广泛且应用成本较低,目前已在汽车、船舶和飞机行业的振动与噪声控制中得到了广泛的应用[5]。日本的铃木汽车公司研究了黏弹性阻尼层对车厢弯曲振动和乘车舒适性的影响[6,7],范蓉平等通过实验研究了不同阻尼材料应用于列车车内减振降噪的效果[8],王奎洋等对汽车驾驶室分别采用敷贴阻尼材料和加筋板的降噪方法降低了驾驶室内部噪声[9],杜冬菊等对阻尼材料在潜艇管路上减振应用进行了研究[10],汪浩等研究了不同阻尼材料复合试样的减振效果,提出了阻尼测量及数据处理的改进措施[11]。目前黏弹阻尼减振技术已成为控制结构振动降低噪声的主要方法之一,这种技术特别适用于控制宽频带多峰共振响应,能够有效的控制结构的振幅、降低噪声,增加结构的疲劳寿命。

本文针对薄壁金属间壁类结构,选择了两种黏弹性阻尼材料。通过对两种不同黏弹性阻尼材料自身阻尼性能的测试,为阻尼减振降噪材料的选用提供依据。根据黏弹性阻尼材料自身阻尼性能的测试结果,选取一种黏弹性阻尼材料涂敷在金属板构件上,进行减振与隔声性能测试。研究黏弹性阻尼材料对金属薄壁结构减振降噪的影响。这些试验丰富了阻尼减振降噪的工程应用实例,同时试验结果对指导结构减振降噪也具有参考价值。

1 黏弹性阻尼材料的选取及测试过程介绍

1.1 黏弹性阻尼材料

工程应用阻尼材料的选取要综合考虑多方面因素。由于黏弹性阻尼材料的阻尼性能并不是一成不变的,它会随着温度变化表现出较大的差异性。温度过高或过低都不利于阻尼材料阻尼性能的发挥。只有在温度处于阻尼材料的玻璃态转化区时,阻尼材料在该区域内的弹性模量急剧下降,高分子链段由完全冻结向自由运动转变,在外力作用下软硬链段发生摩擦产生热而消耗机械能,才具有较好的阻尼性能。因此选取阻尼材料的玻璃态转化区温度要覆盖工作环境的温度变化的范围。同时考虑到工程应用方便,选取的阻尼材料还要满足方便大面积喷涂,耐老化,无毒无害等要求。综合以上各方面因素,本文选取了HY 05—3777和DB两种阻尼材料,尝试将其应用于工程结构的减振降噪处理。

1.2 黏弹性阻尼材料的阻尼性能测试

本文对涂有不同种类阻尼材料试样进行阻尼性能测试,采用声学阻尼材料测试国家标准[12]中的悬臂梁法。悬臂梁法适用于大多数类型的材料,对于选用的阻尼材料,将其涂敷在金属板上做成复合试样进行测试。试样为矩形条状试样,长180 mm,宽10 mm,基材均为0.9 mm厚钢板,如图1所示。测试试样均竖直安装,上端刚性夹定,下端自由。

本试验所用测试系统如图2,利用信号发生器进行扫频激励,对试样施加简谐激励力,由激光位移传感器测试试样的振动响应,经放大后接入数据采集系统记录。测试时保持恒定的激励力,连续改变频率,测出试样的弯曲共振曲线。根据弯曲共振频率和共振峰宽度计算出损耗因子。对于复合试样试验,阻尼材料的损耗因子测量分两步进行:(1)测量金属基板的共振频率和储能弯曲模量;(2)制成复合试样后再测共振频率和共振峰宽度。由二次测试的数据计算阻尼材料的损耗因子。

2.3 减振与降噪效果测试

涂敷黏弹性阻尼材料板类构件的减振降噪效果测试在声学混响室中进行。本试验所用混响室分为发声混响室和受声混响室两部分,发、受声混响室之间设有1.3 m2测试窗口。如图3所示,将球面声源放置在发声混响室中用于发出白噪声,发声混响室中布置声压测点1用以监测球面声源发出白噪声声压级。在受声混响室中布置四个声压测点用于测试发声混响室中白噪声经过测试窗口衰减后受声混响室的声压级,如图4。

测试所用板类构件为4 mm厚钢板,在板中心点和长边1/4点处分别布置加速度传感器1和2用于测试板的振动(如图5)。根据黏弹性阻尼材料阻尼性能测试的结果选取阻尼性能较好的阻尼材料涂敷在钢板上。分别测试涂敷黏弹性阻尼材料前后板的振动与隔声特性,分析黏弹性阻尼材料对钢板的减振降噪影响。

2 测试结果及分析

2.1 黏弹性阻尼材料的阻尼参数测试结果

为了准确地测试HY 05—37777和DB两种不同种类黏弹性阻尼材料的损耗因子,将阻尼材料按照不同的厚度分5组涂敷在钢条上做成复合试样,每组试样由3个涂敷同样厚度黏弹性阻尼材料的样条组成。对同组样条测得的复合损耗因子和损耗因子进行平均处理。

HY 05—3777和DB两种不同种类黏弹性阻尼材料的平均厚度与平均复合损耗因子、平均损耗因子之间的关系如图6和图7所示。从图中可以看出,对于HY 05—3777和DB两种黏弹性阻尼材料,在一定的喷涂厚度范围内,平均复合损耗因子随着涂覆材料的厚度增加而变大。从材料HY 05—3777测试结果看,当阻尼涂层达到一定厚度(3 mm)时,复合损耗因子对涂层厚度的增加已不敏感。这说明对一种具体的结构而言,阻尼涂料的喷涂存在一个最佳厚度,需要针对具体的基材和阻尼层的特性,通过大量的试验测试获得。HY 05—37777和DB两种阻尼材料的损耗因子随涂覆厚度的不同变化不大,说明损耗因子是阻尼材料的固有属性,与材料的涂覆厚度无关。在不同厚度条件下,DB阻尼材料的损耗因子均比HY 05—3777阻尼材料大,说明DB阻尼材料的阻尼性能要优于HY 05—3777阻尼材料。

2.2 减振与降噪效果测试结果

针对两种黏弹性阻尼材料的阻尼参数测试结果,选择阻尼性能较好的DB阻尼材料涂敷在板类样件上。将测试样件按四边固定的安装方式安装在混响室的测试窗口上,分别测试涂敷黏弹性阻尼材料前、后两种工况下测试样件在白噪声激励下的振动响应与隔声特性。

对于受声室内4个声压测点数据的处理采取多通道数据求平均的处理方法,4个声压点测量数据的平均值Lpm用公式(1)计算:

$L{}_{pm}=10\lg \left[\frac{1}{4}{\displaystyle \sum _{i=1}^4(}10{}^{0.1L{}_{pm}})\right](1)$

式(1)中:Lim—第i点测得的第m频带声压级(振级),单位dB(A);每个声压测点的总声压级L则用公式(2)计算:

$L=10\lg \left[{\displaystyle \sum _{m=1}^{{\rm M}}(}10{}^{0.1L{}_{pm}})\right](2)$

式(2)中:Lpm—测量频段内第m个中心频率对应的测点平均声压级,单位dB(A);M—测量频段内中心频率总个数。

图8为涂敷黏弹性阻尼材料前后声压测点1检测的发声室球面声源发出的白噪声1/3倍频程声压级,由图中可以看出两次测试发声室球面声源发出的白噪声一致。图9和图10分别为1#和2#振动测点在涂敷黏弹性阻尼材料前后板的谱分析曲线对比。由图中可以看出,不涂阻尼材料板类样件在白噪声激励条件下低频和3 000 Hz—4 000 Hz频带范围内振动加速度较大,除低频外在整个频带范围内振动特性与发声室球面声源发出的白噪声声压级分布特性一致。在相同的白噪声激励条件下,涂敷阻尼材料比不涂阻尼材料在整个频带范围内板类样件的振动幅值均有大幅度的衰减,特别是在低频和3 000 Hz—4 000 Hz振动峰值较大的频点,振动幅值衰减最大能达到90%以上,有效地降低了板类样件的宽频带多峰振动。

图11为涂敷阻尼材料前、后两种安装工况下板的隔声量对比结果。由图可以看出,涂敷阻尼材料前后1/3倍频程A计权声压级隔声量曲线趋势与发声室内声压级趋势基本一致,随着频率的增加隔声量整体呈上升趋势,在整个频带范围内高频的隔声量较低频有明显提高。除个别频点外,涂敷阻尼材料后测试样件隔声量比不涂阻尼材料在整个频带范围内均有所提高。从总声压级看,涂敷阻尼材料前后隔声量分别为37.6 dB(A)和39.8 dB(A),涂敷阻尼材料比不涂敷阻尼材料隔声量有2.2 dB(A)的提高。

3 结论与展望

本文选取了阻尼性能较好的阻尼材料涂敷在板类结构上,分别测试涂敷前后振动噪声响应、传递特性。通过测试可以得到如下结论:

(1)涂敷阻尼材料比不涂阻尼材料在整个频带范围内板类样件的振动幅值均有大幅度的衰减,能够有效地降低宽频带多峰振动。

(2)在整个频带范围内高频的隔声量较低频有明显提高;涂敷阻尼材料后测试样件隔声量比不涂阻尼材料在整个频带范围内均有所提高;从总声压级看,涂敷阻尼材料比不涂敷阻尼材料隔声量有2.2 dB(A)的提高。

(3)本文主要研究了黏弹性阻尼材料对板类结构振动与噪声的影响,对阻尼材料分别涂敷在发、受声侧以及不同的涂敷厚度对振动与噪声的影响还需进一步研究,这将在今后的工作中进行探讨。

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[11]汪浩,肖邵予.阻尼材料减振性能试验研究.中国舰船研究,2009;4(1):38—42

球形生物材料干燥时的弹性应力研究 篇7

生物材料通常都具有多孔的内部结构和较高的初始含水率,在干燥过程中随着含水率的降低常常伴有明显的收缩和变形。生物材料干燥后的品质主要由生物材料在干燥过程中的收缩决定。不同的生物材料在脱水过程中的各种属性,如密度硬壳的形成、裂缝和其它条件都会影响生物材料的收缩过程[1]。

鉴于干燥应力应变研究的重大理论和实践意义,国外学者早在上世纪50年代就对其进行研究。但由于生物材料本身结构及其干燥过程弹性参数变化的复杂性,其独特的干缩湿胀性能,以及干燥环境的恶劣,使许多用于测量金属应变的仪器和方法难以适用于测量生物材料干燥应变,致使生物材料干燥应力的研究困难重重。因此几十年来,研究的重点大多放在了如何准确、方便地测量干燥应力,而对生物材料干燥过程中的应力应变模型却没什么研究。

聚合物的结构类似于粮食和其他类型的生物材料,因为凝胶的结构较简单,所以广泛应用于模型的研究[2,3]。在我国,数学模型大多应用在对木材的干燥应力应变研究中,然而对生物材料干燥应力应变却没有进行过多的研究。鉴于此,现针对生物材料干燥过程中的组织收缩,以期对生物材料干燥中的应力应变数学模型进行构建。

1模型的构建

构建球形颗粒离散单元及应力平衡单元模型图(图1)。图1中σr,σt为径向应力和剪切应力。

2 应力应变模型

根据图1有径向应力和切向应力。参考文献[4]的弹性应变模型。在径向方向,应符合力学平衡条件

$\frac{\text{d}\sigma {}_{r{}_i}}{\text{d}r{}_i}+\frac{2}{r{}_i}(\sigma {}_{r{}_i}-\sigma {}_{t{}_i})=0$ (1)

对于小变形,广义胡克定律可简化为

$\epsilon {}_{r{}_i}=\frac{1}{E}(\sigma {}_{r{}_i}-2\mu \sigma {}_{t{}_i})$ (2)

$\epsilon {}_{t{}_i}=\frac{1}{E}[\sigma {}_{t{}_i}-\mu (\sigma {}_{r{}_i}+\sigma {}_{t{}_i})]$ (3)

由总的应变与几何形状的关系得:

$\epsilon {}_{r{}_i}=\frac{\text{d}S{}_i}{\text{d}r{}_i}$ (4)

$\epsilon {}_{t{}_i}=\frac{S{}_i}{r{}_i}$ (5)

由式(3)和式(5)得

$\sigma {}_{t{}_i}=\frac{1}{1-\mu }\left(E\frac{S{}_i}{r{}_i}+\mu \sigma {}_{r{}_i}\right)$ (6)

再将式(6)代入式(1)得:

$\frac{\text{d}\sigma {}_r{}_i}{\text{d}r{}_i}=-\frac{2}{r{}_i}\left[\sigma {}_{r{}_i}-\frac{1}{1-\mu }\left(E\frac{S{}_i}{r{}_i}+\mu \sigma {}_{r{}_i}\right)\right]$ (7)

式(7)中σri为i层试样径向应力;σti为i层试样切向应力;εri为i层试样径向应变;εti为i层试样切向应变;Si为i层试样径向位移;ri为i层试样半径;E为杨氏模量;μ为泊松比。

计算Si时,取颗粒局部体积变化与含水率的函数及球形颗粒整体收缩模型[5,6]为:

$r{}_i=r{}_i^0\sqrt[3]{0.2677+0.2394{\rm M}{}_i}$ (8)

$S{}_i=r{}_i^0-r{}_i=r{}_i^0(1-\sqrt[3]{0.2677+0.2394{\rm M}{}_i})$ (9)

式中Mi为颗粒经过t时间i层的含水率;r${}_i^0$为颗粒i层初始半径;ri为颗粒经过t时间i层的半径。

3 模型的计算

现做如下假设:(1) 材料组织各向同性;(2) 由于球形材料同一单元层的杨氏模量与剪切模量相差很小,可用杨氏模量代替剪切模量且为常量。(3) 在恒温状态下,忽略了温度对含水率、水分扩散系数、应力和应变的影响。

假定球形颗粒的干燥速度由颗粒内部的扩散阻力决定,则球形颗粒内的水分迁移可由Fick定律描述

$\frac{\partial {\rm M}}{\partial t}=D{}_{\text{e}\text{f}\text{f}}\left(\frac{\partial {}^2{\rm M}}{\partial r{}^2}+\frac{2}{r}\frac{\partial {\rm M}}{\partial r}\right)$ (10)

初始条件及边界条件为:

式(11)中M为颗粒的局部干基含水率,kg/kg(d·b);M0—颗粒初始干基含水率,kg/kg;Me—颗粒的干基平衡含水率,kg/kg;t—时间,s;r—某点到球心的距离,m;Deff—多孔材料的水分扩散系数,m2/s。

以去皮球形土豆试样对模型进行计算, 其土豆力学参数[7,8,9]为:

E=5.37 MPa; μ=0.2; Me=0.3; M0=4.62; Deff=4.05×10-9。

运用Matlab编程:(1) 得出土豆各层的含水率Mi,见图2。(2) 将各参数代入式(6)和式(7),得出径向应力和剪切应力,见图3和图4。

图2为干燥过程中土豆各节点含水率随干燥时间的变化曲线。结果表明:① 表层的含水率变化最大,由表层到内层,各层含水率变化依层减小。② 在同一时间,内层含水率要高于表层含水率。

图3为土豆各节点剪切应力随干燥时间变化的曲线。结果表明:① 剪切应力值由表层到内层,其值依次从负值到正值。一般情况下,正的应力值是指拉伸应力,负的应力值是指压缩应力。表层的压缩应力主要是由于表层的快速脱水而产生的,内层保持较高的含水率,其值为正,而中间层的剪切应力几乎为零。② 在恒速干燥期,表层的剪切应力比其它单元层要早达到最大值,而且要比径向应力早达到最大值。③ 各单元层达到最大值后都缓慢减小直至接近到零。

图4为土豆各单元层径向应力随干燥时间变化的曲线。结果表明:① 含水率与径向应力成正比,含水率高的核心部位的径向应力最大,而表层的径向应力几乎为零。② 在恒速干燥期,由于里层的含水率高和低机械性能,所以径向应力增幅较大。各单元层达到最大值后都缓慢减小直至接近到零,这是因为含水率梯度在减小,径向应力值也随之减小。

由图3和图4得:剪切应力远大于径向应力。这与文献[10]所得结果是一致的,表层剪切应力是造成材料开裂的主要原因。

4 结论

(1) 建立的球形弹性应力应变模型能较精确地计算土豆的应力与应变,通过计算结果能得知表层和里层的破裂情况,如果不能预测表层的最大剪切应力,使剪切应力大于破坏强度,将影响到产品的品质。

(2) 剪切应力和径向应力最大值都出现在恒速干燥期。剪切应力最大值出现在快速脱水的表层。径向应力最大值出现在含水率高的核心部位。

摘要：建立了弹性应变状态下,生物材料干燥的应力应变模型。应用此模型,可以在得到物料各单元层含水率变化的基础上,得到各单元层的应力与应变。以球型土豆为例,得到:在恒速干燥期,各单元层径向应力与剪切应力逐渐增大,并且剪切应力在1 h～2 h之间达到最大值,径向应力在1 h～3 h之间达到最大值。剪切应力最大值出现在表层,径向应力最大值则出现在含水率高的核心部位。各单元层的应力在达到最大值后缓慢减小,最终接近于零。

关键词：生物材料,应力,应变,模型,干燥

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对橡胶材料结构与黏弹性的分析探讨 篇8

关键词：橡胶,材料结构,黏弹性

橡胶是当前极为常见的一种材料,它由从橡胶树等植物中提取的胶乳制成,属于是高弹性、高分子化合物,可以对空气与水起到隔绝作用,并具有稳定的绝缘性。目前的橡胶种类主要包括两类,一类是合成橡胶,另一类是天然橡胶。作为一种生活、生产中常用到的材料来讲,橡胶不仅具有非常稳定的化学结构,同时其耐酸碱腐蚀性、耐磨性、弹性等也非常良好,所以其可应用范围更加的广泛,如工业生产、生活用具、交通运输、临床医疗等等领域,都对橡胶材料有不同程度和不同标准的需求,为此我们必须要控制好橡胶的黏弹性,提高其质量与性能。

1当前橡胶材料的几种常见结构

1.1线性结构

在未经硫化的橡胶材料当中,最为常见的便是线性结构。所谓的硫化,主要指的是橡胶在一定的条件下,橡胶大分子转变为网状结构的交联过程,如未经硫化即未经转变的话,其结构变为线型结构。所以在生产过程当中,如果没有对橡胶进行硫化处理,其结构便多为线性结构。因为橡胶材料的分子量较为巨大,所以在没有外力进行作用的条件下,大分子链会呈现出卷曲线团状,而且无规则,不过在外力作用了之后,这种“线团”之间的纠缠便会出现改变,使分子链反弹,并出现较强的复原倾向。

1.2支链结构

支链结构是当前橡胶材料的另一种结构形式。当橡胶材料呈支链结构时,大分子链的支链会聚集形成凝胶,这会降低橡胶材料的性能,对橡胶材料的生产、加工会带来非常不好的影响,例如会对橡胶材料在加工过程当中的补强剂使用起到阻隔作用,同时不能在内部有效形成交联与补强,最终致使橡胶材料的质量大大下降。

1.3交联结构

在硫化处理的作用下,橡胶大分子会产生交联过程,并转变为交联结构,也称网状结构,形成三维的网状。硫化处理越深入,网状结构形成过程当中的速度、力度会越来越强,这一方面会使得分子链段原本所具有的自由活动能力减弱,降低橡胶材料本身的伸长率以及可塑性,但从另外一方面来讲,这却可以使橡胶材料的硬度得到大大提升,同时弹性与强度也会明显的增强。

2橡胶材料结构对黏弹性的影响

2.1橡胶及其影响因素

在动力学作用下,当橡胶大分子链进入到密度较大的炭黑补强剂中,便会形成结构化的形态。炭黑混炼胶呈支链结构,会产生橡胶凝胶,其中所包含的橡胶为结合橡胶。在炭黑含量较为充足,且被均匀分布的情况下,从混炼胶萃取橡胶凝胶,便更加容易一些,可以有效保持其完整性,另外就是在萃取完成之后,混炼胶的结构和普通的硫化胶相近,均为三维的网状结构形态,但和普通硫化胶的性能相比,其耐磨性以及强度等,都会有一定的下降,这主要是因为混炼胶中的结合橡胶含量较高所导致的。在对橡胶材料进行实际制作生产过程中,现有的技术条件很难使炭黑分布均匀,不论是表面还是内部,都很难达到真正的均匀状态,这便会导致结合橡胶的分布不均,在黑炭表面吸附层的很多区域当中产生橡胶凝胶,再一个就是炭黑的含量与密度的不同,还会导致橡胶凝胶分布不均,炭黑含量与密度越高的地方,橡胶凝胶越多,反之则越少。

2.2橡胶的黏弹性

结合橡胶或橡胶凝胶的高玻璃化转变温度可与生胶相同或略高于生胶,炭黑内填充有丁苯橡胶混炼胶,此混炼胶内结合橡胶的高玻璃化转变温度与生胶相同,并且当混炼胶的溶剂被萃取后,炭黑或者橡胶凝胶的高玻璃化转变温度未发生改变[1]。丁苯橡胶的高玻璃化转变温度不会受到炭黑的影响,但是结合橡胶的情况却不一样,结合橡胶的高玻璃化转变温度会在炭黑的影响下上升3~6℃,并带动分子链链段运动,提高结合橡胶的弹性。在炭黑混炼胶的过程中,结合橡胶特别是其内粒子表面吸附能力强的部分运动受到限制,橡胶之所以能够在炭黑表面吸附,主要是由于粒子表面的吸附层作用,另外随填料小幅度振动,橡胶弹性下降的原因,也是因为粒子表面的吸附层作用。但是炭黑的不均匀性,才是橡胶能够在其表面吸附的主要原因,在炭黑的表面,有一些活化点具有较高的活性,其中包含有若干不配对的电子,这可以使得炭黑与橡胶出现化学反应,这种化学反应可以使得其吸附能力大大增加,超过粒子表面的吸附能力。这种化学性的吸附,使分子链不容易和炭黑脱离,并且可以在炭黑的表面进行移动,这便产生了第二次补强作用,使得橡胶与炭黑之间的结合更加坚固,并且可以滑移。

在第一次补强中,由于外力的作用,结合橡胶分子链的滑移及粒子表面的吸附,可以对外力的冲击起到吸收作用,同时还能够缓冲外力带来的摩擦或滞后形变,在第二次的补强中,外力的作用被均匀的分布,进一步增强了橡胶的性能。在两次补强的共同作用下,橡胶低于外力破坏的能力大大增强,能够减少结合橡胶黏弹性的损害[2]。

2.3橡胶与橡胶黏弹性的关系

橡胶的力学性能受吸附层与扩散至炭黑缝隙中的粒子的作用影响,会变得更加的良好,结合橡胶中高分子量组分形成吸留橡胶,可以使分子体积扩大、逾渗阈值升高,进而对橡胶的黏度产生影响。另一方面,由于橡胶自身和橡胶粒子之间的相互作用,可以使得结合橡胶含量得到显著的增加,并且能够使得填料振动的橡胶弹性的影响大大的下降[3]。

有研究显示,结合橡胶含量与橡胶黏度存在直接的联系,前者的含量增加,橡胶黏性也会对应的提升。结合橡胶的老化,与混炼胶在粘流态时的形变行为变化具有直接的关系,在制作和储存的过程当中,不论是机械应力还是光热的因素,都会对其产生机械性能层面与物理化学层面的特性破坏,使混炼胶在存储过程中发生流变行为。在炭黑的慢速聚集下,结合橡胶中高分子量组分逐渐增多,并在炭黑表面的吸附层附着下来,混炼胶硫化定型得以最终完成,最后结合橡胶含量增大,橡胶黏弹性也随之呈线性增加[4]。

3结语

在我们当前的生活、生产当中,有不少的物件都使用了橡胶材料,橡胶本身是一种非常稳定的材料,但是如果使用时间过长,或是其使用环境不佳,如高温、雨水浸泡等,均会导致橡胶发生老化、损伤,针对这样的情况,我们有必要通过橡胶材料的结构优化来提升其黏弹性,从而减缓橡胶的老化与磨损速度,因此我们应当不断加强这方面的研究探讨与实践。

参考文献

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[3]陈家照,黄闽翔,王学仁,等.几种典型的橡胶材料本构模型及其适用性[J].材料导报,2015,S1:118~120+124.

弹性材料 篇9

关键词：夹芯板,复合材料,弯曲疲劳,加载频率,S-N曲线,聚氨酯弹性体

0 引言

夹层板结构以其优异的弯曲和轻质性能成为工程中得以广泛应用的新材料。聚氨酯弹性体钢夹层板是两块钢质面板内部夹有聚氨酯弹性体材料。聚氨酯弹性体其力学性能介于橡胶和塑料之间, 是一种具有大的力学性能可调范围的粘弹性材料, 钢板夹层聚氨酯弹性体夹层材料钢夹层板现已经应用于船舶甲板的修复和桥梁面板的建造和修复上[1,2], 其优异的减震吸能效果受到人们的广泛关注, 绝缘性能、隔热性能、抗疲劳性能也照比常用的梁板组合结构要好, 由于弹性体和钢材的粘结力非常强, 使得夹层板结构的整体性更好, 均化应力的分布并抑制主体钢结构裂纹的扩展。

粘弹性体夹芯材料的疲劳行为体现出一定的特殊性, 其加载、裂纹的生成和扩展、断裂等都体现出粘弹性的特征。李玲等[3]对竹木复合材料层合板在疲劳/蠕变交互作用下的断裂损伤进行了研究, 发现随着蠕变作用时间的增加, 挠度也随之增加;S.C.Sharma[4]等开展了聚氨酯泡沫夹芯, 纤维增强复合材料作为面板的夹层板的疲劳实验;Gary K[5]等开展了钢板-弹性体夹层梁的疲劳实验, 发现弹性体的力学性能与加载速率相关。

本文采用自制的聚氨酯弹性体夹层板结构, 自制的夹层板的面板材料为65Mn, 屈服应力为425Mpa。夹芯为硬质聚氨酯弹性体, 硬度为邵氏D62。首先对其面板材料开展了纯弯曲疲劳实验, 然后对夹层板进行三点弯曲疲劳实验。

1 聚氨酯弹性体夹芯板静力弯曲实验

层间强度是决定夹层板破坏形式和极限载荷的一个控制因素, 所以为了研究这两种破坏形式对弯曲和疲劳性能的影响, 我们将试件分为两种, 一种是对钢板内表面未进行处理, 另外一种是对其进行使用高强度胶粘贴在一起。针对两种不同的层间剪切强度的试样, 选定跨距, 调整支座, 跨中安装位移传感器。如图2所示, 实验在INSTRON4505试验机开展, 其破坏形式为图2右图。

实验结果如图3所示。

在加载曲线上可以看出, 曲线都有明显的弹性段、塑性强化阶段和破坏阶段, 在塑性强化阶段, 夹层板出现载荷下降的毛刺, 这说明此时在弹性体和钢板界面之间出现了局部脱粘, 提高层间剪切强度是提高夹层板整体力学性能的重要方法。

值得注意的是, 由于夹芯粘弹性的性质, 夹层板的开裂有一定的延时特性, 即在弯曲实验结束时, 虽有裂纹存在, 但并没有明显的开裂现象, 放置一段时间 (几分钟至几小时) 后, 夹层结构出现大范围的脱粘。这是因为聚氨酯弹性体具有很大的变形回复范围, 在裂纹出现, 荷载卸去后, 由于上下面板的回复受到约束, 使得在裂纹上下表面由受载时的压、剪作用转化为裂纹的拉伸作用, 此时由于聚氨酯弹性体的粘弹性作用, 裂纹的开裂不明显, 随着时间的增加, 由于弹性体的松弛作用, 使得裂纹持续开裂。

2 疲劳实验

选用同样的两组试件在电液伺服疲劳试验机上开展实验, 实验频率1!3Hz, 分别在弹性阶段, 如图1中的屈服点作为屈曲载荷进行实验, 和屈曲阶段进行疲劳加载。塑性阶段的极限载荷定义为以下两个条件之一:

1) 静力弯曲实验中的曲线出现下降毛刺, 幅度为总载荷的10%, 这时说明夹层板内部界面间出现脱粘或内部夹芯发生撕裂。

2) 曲线未出现毛刺而总体位移下降距离为跨度的20%。

为了研究夹层钢板的疲劳性能, 首先开展了弹性范围内的疲劳实验研究。以图线3中的弹性段的顶端为板的屈服极限, 采用施加恒幅载荷的方法来进行实验。实验采用Instron8801高频疲劳试验机上进行, 应力比为0.9, 与文献[7]类似, 荷载水平定义为实验时最大载荷与静力屈服载荷的比值。最大实验载荷为屈服载荷的90%.

2.1 65Mn材料的纯弯曲疲劳实验

为了检验夹层板结构的疲劳极限, 首先对夹层钢板材料进行纯弯曲疲劳实验, 实验的开展在疲劳纯弯曲疲劳试验机上。

分别取4个试件, 取载荷水平为分别在60%、70%、80%和90%的屈服载荷作用下进行弯曲疲劳实验, 测得的S-N曲线如下图所示:

由图拟合获得纯弯曲疲劳的S-N曲线:

2.2 实验频率的确定

粘弹性夹芯的存在, 使得疲劳测试发生困难。对于聚氨酯弹性体夹芯钢板, 测试频率和测试载荷都会对结构的响应带来影响。

使用图1中的试样在疲劳试验机上开展疲劳实验, 其极限值取其屈服极限, 分别在最大实验载荷为60%、70%、80%、90%的情况下, 以应力比0.9时的载荷进行不同频率下的实验, 检验试件的疲劳载荷响应和位移响应。所加载荷如表1所示。

分别对应20Hz、15Hz、10Hz、5Hz和1Hz进行实验, 获得其实际内部载荷响应的幅值如图6所示。

从图6中可以看出, 对于在不同频率下施加了相应的幅值, 其由于粘弹性的存在, 其弹性响应与结构的频率有关, 当循环的开始阶段, 载荷逐渐上升时, 产生较大的变形, 载荷下降时, 由于试件存在粘弹性性能, 无法马上回到初始位置, 所有会产生一定的载荷延迟, 当施加高频的循环载荷时, 使得自身的载荷响应无法达到最初的设计载荷值。从图中可以看到, 随着频率的降低, 试件响应载荷值越来越接近外加载荷的设置值, 对如图的试件, 加载频率小于3Hz才可以获得较为理想的疲劳载荷幅值。

为了检验面板材料的疲劳强度, 使其与面板纯弯曲疲劳性能进行比较, 需要进行等效计算。考虑到夹层板的受力是单向拉压受力状态, 同纯弯曲实验载荷不同, 根据文献[6], 考虑到荷载类型的差别, 引入载荷类型因子CL, 定义为其他加载方式下, 疲劳强度与旋转弯曲疲劳强度的比值。则公式 (1) 中的公式可以写成

其中S-1是在其他加载方式下应力比为-1的材料的疲劳极限。对于金属材料在拉压载荷情况下, CL=0.85, 则 (2) 式可以写成:

这是在应力比为-1时纯弯曲实验获得的s-n曲线, 要获得其他荷载水平的S-N曲线, 可以通过Goodman曲线来进行换算:

其中sm和ss分别为平均应力和屈服应力, (4) 代入 (3) 式可得:

式 (5) 即为在拉压载荷作用下, 某一荷载水平的S-N曲线。当已知平均应力和屈服应力时, 对应一定的载荷水平, 可以近似计算出其疲劳寿命。

2.3 夹层板三点弯曲疲劳实验结果

以2Hz加载频率进行加载, 90%屈服载荷为循环最大载荷, 应力比取为0.9进行疲劳实验, 荷载与位移曲线图如图7所示。

在图中可以看出, 在应力比为0.9, 以90%屈服载荷为循环最大载荷时, 由于粘弹性性质的存在使得曲线具有曲线下降的趋势, 在前2万次作用, 曲线下降速度较快, 之后变化趋缓。在应力为380Mpa时, 加载150万次后, 材料没有明显的裂纹和变形。

将参数代入 (5) 式, 计算得到面板在未受到夹芯约束的时循环次数为630963次, 所以, 由于粘弹性体夹芯的存在, 使得对面板的约束作用提高了面板的疲劳极限。

3 结论

通过对面板材料的纯弯曲疲劳实验和对粘弹性夹芯板的疲劳实验, 发现由于粘弹性夹芯的存在, 导致了夹芯板结构的荷载响应与加载频率密切相关, 只有在加载频率小于5Hz时才能实现循环载荷加载。同样由于粘弹性体夹芯的存在, 使得对面板的约束作用极大地提高了面板的疲劳极限。

参考文献

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[3]李玲, 李大纲, 徐平, 等.疲劳/蠕变交互作用下竹木复合层合板断裂损伤研究, 北京林业大学学报, 第28卷, 增刊2, 2006年12月.

[4]S.C.Sharma, M.Krishna, H.N.Narasimha Murthy, et al.Fatigue Studies of Polyurethane Sandwich Structures.Journal of Materials Engineering and Performance.Volume 13 (5) October2004-637.

[5]Gary K.Lui, Scott D.B.AlexanderFatigue of Steel Plate-Elastomer Composite Beams.Structural Engineering Report No.274.December, 2007.

[6]姚卫星, 等.结构疲劳寿命分析, 国防工业出版社, 2002.

弹性材料 篇10

低密度聚乙烯(LDPE)具有优良的力学性能、电绝缘性、耐化学腐蚀性、耐低温性、价格低廉等特点,但由于LDPE发泡后材料的柔韧性、耐绕曲性、耐磨性、耐撕裂强度等性能较差,从而限制了其在发泡材料上的大量应用[2]。乙烯-辛烯共聚物(POE)是由a-烯烃(1-丁烯,1-辛烯)和乙烯,采用茂金属催化技术得到的共聚物[3,4]。其相对分子质量分布窄,内聚能较低,具有较高的剪切敏感性和柔韧性。本方法采用LDPE为基体材料,POE为增韧材料, CaCO3为填充料,采用密炼塑化、双辊混炼、模压发泡方法制备高发泡弹性材料,用智能型发泡无转子硫化仪分析POE对LDPE正硫化时间、扭矩值、发泡气体压力的影响,用扫描电镜观察POE与LDPE之间的相结构以及发泡后泡孔孔径的影响,测试了LDPE/POE发泡材料的物理力学性能。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

LDPE,2426H,扬子-巴斯夫石化有限公司;POE,F5061,美国埃克森化工有限公司;CaCO3,1035,江西省泰华碳酸钙有限责任公司;AC发泡剂,工业级,福州一化化学品股份有限公司生产;过氧化二异丙苯(DCP)交联剂,工业级,上海高桥石化精细化工公司生产; HSt,ZnSt,工业级,杭州油脂化工有限公司生产;ZnO,工业级,广州汕头达淳化工厂。

1.2 仪器与设备

高速搅拌机,GHR-5,江苏张家港日新机电塑料机械厂;密炼机,SNF-1,上海塑料机械厂;双辊炼胶机,SXK160×320,福建永春轻工机械厂;平板硫化机,XLB,青岛第三橡胶设备厂;电热恒温鼓风干燥箱,DHG-9070A,上海精宏实验设备有限公司;冲片机,CP-25,江都县非金属材料试验机械厂;智能型发泡无转子硫化仪,UR-2030型,优肯科技股份有限公司;扫描电子显微镜,JSM-6380LV,日本JEOL公司;微机控制电子万能试验机,CMT4204,深圳市新三思技术有限公司。

1.3 试样的制备

按配方比例(LDPE/POE 100、CaCO3 10、AC发泡剂3、DCP0.8、ZnO 0.5、HSt 0.5、ZnSt 0.5)计量后,将LDPE、POE、CaCO3置于密炼机中,控制密炼温度117℃±1℃,密炼共混10min,再加入AC发泡剂、DCP、ZnO、HSt、ZnSt,继续密炼共混5min后,置于双辊炼胶机中,控制辊筒温度为96～98℃,打三角包5次,平拉出厚度为1.5mm的改性LDPE片材试样。

将改性LDPE片材试样计量后置于平板硫化机模具中,进行交联发泡,控制模具温度为173℃±1℃,模压时间为13min,再经自然冷却定型,制成不同配方体系的改性LDPE发泡片材试样。

1.4 分析测试

取5.5g 改性LDPE片材试样,上下两面垫上厚度为0.2mm的PET薄膜,放入智能型发泡无转子硫化仪模腔中,闭合模腔;在摆动角为0.5°、温度为160℃的条件下,测试改性LDPE片材试样硫化发泡过程的扭矩、正硫化时间和气体压力。

取一定质量的改性LDPE发泡片材试样(W0)在索氏提取器中以沸腾二甲苯作溶剂回流72 h,然后在60℃下恒温干燥24 h直至恒重,得到凝胶(Wg)。最后称量并计算凝胶含量(Gel):Gel (%) = {Wg/W0}×100% (1)

将改性LDPE片材试样及改性LDPE发泡片材试样的冲击断面喷金处理,用扫描电镜观察POE与LDPE相结构及改性LDPE发泡片材泡孔孔径的变化。

改性LDPE发泡片材试样的拉伸强度和断裂伸长率按GB/T6344方法测试,回弹率按GB/T1681方法测试,直角撕裂强度按GB/T529方法测试。

2 结果与讨论

2.1POE用量对LDPE/POE正硫化时间和扭矩值的影响

由表1可知,随着POE用量的增加,LDPE/ POE材料正硫化时间t90延长,扭矩差值ΔM增大。这是因为POE在线性短支链支化结构中引入长支链[5],发生化学交联时较LDPE有更高的模量,材料黏度增大。

2.2 POE对LDPE/POE发泡气体压力的影响

由图1 可知,未添加POE的LDPE材料(曲线3)发泡过程中,在60～270s区间最大气体压力为20.5MPa,添加40份POE的LDPE材料(曲线2)最大气体压力为25.3MPa,添加50份POE的LDPE材料(曲线1)最大气体压力为29.6MPa。POE含量增加,明显增大LDPE材料发泡过程的气体压力,使得气泡膨胀速度加快。

2.3 POE对LDPE/POE发泡材料凝胶率的影响

由图2 可知,当POE用量为20～40质量份时,LDPE/POE发泡材料的凝胶率随POE用量增加而增大,当POE用量为40质量份时,LDPE/POE发泡材料的凝胶率为83.5%,继续增加POE用量,其凝胶率变化不大。凝胶率升高,材料的交联度增大,会有效地减缓LDPE的结晶,使两相间的均一性提高,有利于交联网络平均承担载荷,提高材料的物理力学性能。但交联度过大也会造成交联网络局部的应力集中,不利于链的运动和应力传递,从而导致材料性能降低[6]。

2.4 POE对LDPE/POE相结构微观形态的影响

图3为POE与LDPE相结构扫描电镜图,由图3可见,POE在LDPE基材中形成了“海-岛”结构两相体系[7],这是因为POE由a-烯烃和乙烯共聚合成,a-烯烃部分无法与LDPE完全相容所致。LDPE基体中加入POE弹性体,在受到冲击力作用下,POE弹性体可引发大量银纹和剪切带,而基体则产生剪切屈服,银纹和剪切带的产生能吸收大量的能量[8],缓解材料的冲击破坏过程,从而提高材料的韧性和耐冲击性能。

2.5 POE对LDPE/POE发泡材料泡孔的影响

由图4(a)可见,未添加POE的LDPE发泡材料孔径大小差别较大,均匀性较差;而含40质量份POE的LDPE/POE发泡材料孔径较大,均匀性较好。这是因为LDPE/POE发泡材料较LDPE发泡材料的黏度增加,对分解的气体束缚力增强,而发泡气体压力增大促使材料泡孔孔径增大,均匀性提高[9]。

2.6 POE对LDPE发泡材料力学性能的影响

图4可知,随着POE用量的增加,LDPE/POE发泡材料的拉伸强度呈先增大后减小,当POE为40质量份时,LDPE/POE发泡材料的拉伸强度出现峰值,达到1.99MPa,比纯LDPE发泡材料1.19MPa,提高67.2%;断裂伸长率随POE用量增加而增大,当POE为40质量份时,LDPE/POE发泡材料的断裂伸长率为184.8%,比纯LDPE发泡材料102.5%,提高82.3%。这是因为POE弹性体颗粒与LDPE基体的模量、泊松比等存在差异性,弹性体粒子起应力集中作用,受到外力作用时,弹性体粒子与周围基体形成应力体积球[10]。随着单位体积内POE弹性体数目的增加,粒子间距缩小,粒子间应力集中作用范围出现相互交叉直至形成逾渗通道,从而使材料形成脆韧转变,LDPE/POE发泡材料拉伸性能明显提高。

由图5可知,随着POE用量增加,LDPE/POE发泡材料的回弹率和直角撕裂强度增加,当POE为40质量份时,LDPE/POE发泡材料的回弹率为35%,比纯LDPE发泡材料27%,提高8%;直角撕裂强度为6.41kN/m,比纯LDPE发泡材料5.05kN/m,提高25.1%。这是因为POE分子质量分布窄,分子结构中结晶的乙烯链结做物理交联点承受载荷,非晶态的a-烯烃支链贡献弹性[11]。

3 结 论

(1)POE用量增加,LDPE/ POE材料正硫化时间t90、扭矩差值ΔM均随之增大,发泡气体压力增大,气泡膨胀速度加快。

(2)LDPE发泡材料的凝胶率随POE用量增加而增大,当POE用量为40质量份时,LDPE/POE发泡材料的凝胶率为83.5%,继续增加POE用量,其凝胶率变化不大。

(3)扫描电镜观察结果,POE在LDPE基材中形成了“海-岛”结构两相体系,含40质量份POE的LDPE/POE发泡材料孔径较大,均匀性较好。

(4)含40质量份POE的LDPE/ POE发泡材料,与LDPE发泡材料比较,拉伸强度提高67.2%,断裂伸长率提高82.3%,直角撕裂强度提高25.1%,回弹率提高8%,物理力学性能优良。

摘要：以低密度聚乙烯(LDPE)为基体原料,乙烯-辛烯共聚物(POE)为增韧材料,采用密炼塑化、双辊混炼、模压发泡方法制备高发泡弹性材料。用智能型发泡无转子硫化仪分析POE对LDPE正硫化时间、扭矩值、发泡气体压力的影响,用扫描电镜观察POE与LDPE之间的相结构以及发泡后泡孔孔径的影响,测试了LDPE/POE发泡材料的物理力学性能。结果表明:随着POE含量的增加,其复合材料正硫化时间延长,扭矩值和发泡气体压力增大;POE在LDPE材料中形成“海-岛”结构两相体系;含40质量份POE的LDPE/POE发泡材料孔径均匀性较好,与LDPE发泡材料相比,拉伸强度提高67.2%,断裂伸长率提高82.3%,直角撕裂强度提高25.1%,回弹率提高8%,物理力学性能优良。

关键词：LDPE,POE,增韧改性,模压发泡,弹性材料

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