環氧樹脂／聚氨酯梯度材料的殘余熱應力分析

       采用有限元方法( Finite  Element Method)對環氧樹脂／聚氨酯(EP/ PU)梯度材料在制備過程中產生的殘余熱應力進行了分析。詳細討論了梯度層數目對應力大小的影響。研究結果表明：當體系中EP和PU組成相同時，梯度材料緩和熱應力的效果比雙層材料顯著。且梯度材料的熱應力緩和效果隨梯度層數增加而增加。

       高分子材料在應用過程中，能夠耐熱的塑料往往脆性大，尤其是在低溫環境中使用時易開裂。而橡膠類的彈性體雖然有很好的回彈性，溫度一旦升高，出現發粘，強度急劇下降。無論是塑料還是橡膠能夠應用的溫度范圍都只有幾十度。對于一些熱障材料，例如寒冷地區運輸管道，航空器用材料及其它保溫材料等，通常在非均勻的溫度場中使用，材料的不同部位要同時承載從零下幾十度的低溫到一百多度以上高溫，單一塑料或橡膠品種都不能滿足應用需要。如果將塑料和橡膠加工成梯度材料，塑料面承受高溫，而橡膠面承受低溫，二者
之間進行塑料和彈性體的逐漸過渡設計，問題將迎刃而解。

       環氧樹脂(EP)是典型的熱固性塑料，用芳香族胺固化的EP產物玻璃化轉變溫度(Tg)在160°C左右，聚氨酯(PU)是典型的彈性體，用芳香族胺交聯的PU彈性體的Tg在一54°C左右。EP/ PU的共聚物中，隨EP/ PU二者含量不同，產物的彈性模量變化范圍可從2.8 GPa到6.9MPa，變化幅度40倍，玻璃化轉變可從160°C至 - 54°C，相差200°C。

       由于EP/ PU體系有較寬的玻璃化轉變和彈性模量變化范圍，因此我們設計了玻璃化溫度漸變的EP/ PU梯度材料。作為隔熱環境下使用的梯度材料，在制備和服役過程中所產生的熱應力的大小及其分布狀況是制約材料性能的關鍵因素，同時也是進行梯度功能材料優化設計的主要理論依據和評價標準[3-5]。因此研究EP/ PU在制備中產生的殘余熱應力就具有十分重要的意義。

       本文利用有限元法(FEM)計算了材料在固化過程中的殘余熱應力，考察了梯度層數對熱應力的影響，得到了熱應力緩和的最佳梯度結構。

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