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如何提高复合材料的机械强度?

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-15  来源:毕克化学  浏览次数:871
核心提示:复合材料的机械强度与哪些因素有关呢,使用玻璃纤维增强有机聚合物时,聚合物和无机材料之间的界面涉及许多物理和化学因素之间复
  复合材料的机械强度与哪些因素有关呢,使用玻璃纤维增强有机聚合物时,聚合物和无机材料之间的界面涉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用。这些因素和粘合力、物理强度、膨胀系数、浓度梯度和产品性能保持力相关。
  影响粘合的重要破坏力就是水分迁移到玻纤的亲水表面,水分侵蚀界面,破坏了粘接。真正有效的偶联剂在无机和有机材料的界面可以形成化学键,不但增强了结合强度,最重要的是,防止了在复合材料老化和使用过程中的界面上的化学键解体。偶联剂赋予了两个相异、难以结合表面之间的稳定结合。
 

风力发电是我们这个时代的关键技术之一,它已经成为世界能源产业中不可或缺的部分。考虑到风电叶片原材料选用的局限性和越来越严苛的气候目标,未来这种可替代能源的重要性必定越来越高。凭借高品质的塑料助剂,毕克化学在提高风力发电叶片机械性能,从而进一步促进这个不断增长的全球行业市场的发展方向作出了巨大贡献。我们的BYK-C 8000系列偶联剂提供一些关键优势,为高效风力发电机的发展注入新生。

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我们是怎样制作样板测试机械强度的

首先在模具中铺上玻纤平面毡;封闭好模具后,采用真空导入工艺导入环氧树脂与固化剂;在一定条件下完全固化之后,进行脱模。裁剪测试样板。

 

如何提高复合材料的机械强度?

 

静态测试:横向的拉伸强度

如何提高复合材料的机械强度?

横向拉伸强度是指在垂直于玻纤方向上进行的拉伸测试,它表征的是玻纤和树脂间的粘结强度。

 

静态测试结论

第一个结论:玻纤浸润剂性能会随时间流失

 

如何提高复合材料的机械强度?

储存6年的玻纤性能损失巨大,加入BYK-C 8001使玻纤老化后的机械性能恢复如常。

 

玻纤浸润剂

浸润剂生命周期检验

 

如何提高复合材料的机械强度?

玻纤从生产到最终使用经过的实际时间常常是不确定的,因此使用不同批次的玻纤制备的产品获得的机械性能差异很大。

 

玻纤浸润剂

玻纤的老化实验

如何提高复合材料的机械强度?

高温下玻纤老化速度很快,40°C储存一周机械强度下降就很明显,加入BYK-C 8001使玻纤老化后的机械性能恢复如常。

 

通过这两个实验我们发现温度、湿度和时间对玻纤机械性能影响非常明显,加入偶联剂可以显著地改善老化后玻纤的机械性能。

 

动态测试

我们不但测试了样板的静态机械性能,而且测试了样板的动态机械性能,这样更能反映出产品日常使用中所受到的力。

•更贴近实际的测试,对风电非常重要,对其他应用也同样重要

•使用双向的玻璃毡

•可以表征叶片的预期使用寿命

如何提高复合材料的机械强度?

从下面的动画我们可以看到动态测试的方法:对样板施加设定好的拉力,以2赫兹的频率往复运动,我们记录样板破裂时运行的周期数,运行周期数越多说明样板在该拉力下的使用寿命越长。

如何提高复合材料的机械强度?

 

动态测试结果

如何提高复合材料的机械强度?

我们发现,在不同的拉力下,加入偶联剂样品的动态使用寿命都有大幅度提高,在55N/mm² 下,动态使用寿命可提高3到4倍!我们知道风电叶片所承受的风力多数时间是低强度力,因此在低强度拉力下的测试结果更能反映实际情况。

 

不同批次的玻纤机械强度测试结果

•实际上玻纤的机械强度和耐久性随时间变化很大 

•使用不同批次玻纤生产的产品有些机械强度不达标,有些机械强度超过了标准,这就造成了浪费。 

•加入偶联剂后,使用不同批次的玻纤的产品机械强度差异小,都能维持在合格标准之上,因此可以减少次品率。

•对减重和节省成本有巨大的潜力

如何提高复合材料的机械强度?

 

玻纤的老化实验总结

玻纤的浸润剂随着储存时间的延长表现变差与储存条件有关,比如温度,湿度和时间。

 

通过使用正确的偶联剂让机械性能得到恢复是可行的。

 

那么它的作用原理是什么呢?

如何提高复合材料的机械强度?

 

偶联剂作用原理 

纤维与树脂的界面

如何提高复合材料的机械强度?

机械强度出现问题主要在玻纤与树脂界面之间,应该减少玻纤与树脂界面之间的缝隙。

 

偶联剂一端对玻纤和浸润剂都有很好的粘合力,偶联剂的另一端可以与树脂发生交联反应建立化学键。因此,加入偶联剂可以显著的提高玻纤与树脂的粘接力。

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说了这么多,我们总结一下:BYK全新偶联剂BYK-C 8001具有以下优势

提高静态机械性能

提高动态机械性能     

对新鲜和老化的玻纤都起作用

没有不良的副作用

可以生产更长的组件和更大的转子叶片

可以显著节省原材料,主要归功于提高了机械强度 

可以有更多的设计自由度(轻质高强,减重),因此在选择原材料时可节省成本

更节能,更耐用的机械结构

可以加快生产过程

 

针对环氧体系,BYK-C 8001适用于所有对机械强度要求高的领域:如风能,管道,体育用品等。针对不饱和树脂和乙烯基体系,我们推荐使用偶联剂BYK-C 8003

 

 
 
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