酚醛空心微球对聚合物基复合材料性能的影响
聚合物基复合材料的微观结构与性能研究
聚合物基复合材料的微观结构与性能研究近年来，聚合物基复合材料作为新兴材料，在航空航天、汽车、电子等领域得到了广泛应用。
因其具有轻质、高强度、耐磨性好、耐腐蚀性好等特点，成为了新型功能材料的重要代表。
聚合物基复合材料是指将填充物（如纤维、颗粒等）与聚合物基体相结合而成的材料。
在需要强度、刚度或其它特定性能的部位植入高强度纤维增强复合聚合物（FRP）以加固约束部位并保证其完好和耐用性。
而复合材料中填充物的种类和形态种类也很多，例如石墨、碳纤维、玻璃纤维等，有连续、离散等形态，不同的填充物、基体材料和结构形式会对复合材料的性能产生不同的影响。
复合材料的微观结构决定了其宏观性能，因此研究聚合物基复合材料的微观结构与性能关系是非常重要的。
目前，人们已经对聚合物基复合材料的微观结构和性能进行了深入的研究。
首先，在微观结构方面，纤维增强复合材料的微结构主要包括纤维、界面和矩阵。
其中，纤维是复合材料的强度来源，矩阵起着固定纤维位置、传递载荷、保护纤维等作用。
界面则是纤维和矩阵之间的交界面，其性质影响着复合材料的力学性能。
其次，在性能方面，聚合物基复合材料的性能取决于纤维、基体和界面的性能。
纤维的性能主要包括拉伸强度和弹性模量，矩阵的性能主要包括拉伸强度、弹性模量、断裂韧性等。
而界面则包括黏接强度、剥离强度等。
由此可见，聚合物基复合材料的微观结构和性能是不可分割的。
为了提高复合材料性能，人们通过优化填充物、基体和界面的性能，提高复合材料的微观结构来实现。
几种常用的改善复合材料性能的方法如下：第一种方法是改善纤维性能。
纤维增强复合材料中的纤维通常是由玻璃、碳、芳纶等材料制成的，这些物质本身具有很高的强度和刚度。
因此，改善这些纤维的性能是提高复合材料力学性能的关键。
目前，人们主要采用表面改性、涂层和导向生长等方法来改善纤维性能。
第二种方法是改善界面性能。
界面是纤维和矩阵之间的转换层，其性质决定着复合材料的力学性能。
目前，主要采用表面修饰和添加复合界面剂的方法来改善界面性能。
聚合物复合材料的界面强度与性能优化探讨
聚合物复合材料的界面强度与性能优化探讨在当今的材料科学领域，聚合物复合材料因其出色的性能和广泛的应用前景而备受关注。
这些材料通常由聚合物基体和增强相组成，通过巧妙的设计和制备，可以实现性能的优化和特定功能的赋予。
然而，在聚合物复合材料的性能优化中，界面强度的理解和调控起着至关重要的作用。
聚合物复合材料中的界面是指聚合物基体与增强相之间的过渡区域。
这个区域虽然在尺寸上相对较小，但对材料的整体性能却有着巨大的影响。
界面强度不足可能导致增强相与基体之间的结合不牢固，在受力时容易发生脱粘、开裂等失效行为，从而严重削弱材料的力学性能。
相反，良好的界面强度能够有效地传递应力，使增强相充分发挥其增强作用，提高材料的强度、刚度和韧性。
影响聚合物复合材料界面强度的因素众多。
首先，界面的化学相容性是一个关键因素。
如果聚合物基体和增强相之间的化学性质差异较大，相互之间的亲和力较弱，就难以形成牢固的界面结合。
例如，当使用无机纤维作为增强相时，由于其表面通常富含羟基等极性基团，而大多数聚合物是非极性的，这就导致了界面相容性的问题。
为了解决这一问题，常常需要对增强相进行表面处理，引入能够与聚合物基体相互作用的官能团，如硅烷偶联剂处理就是一种常见的方法。
界面的物理相互作用也对界面强度有着重要影响。
这种物理相互作用包括范德华力、氢键等。
增强相的表面粗糙度和孔隙率会影响界面的物理接触面积和紧密程度，进而影响物理相互作用的大小。
一般来说，适当增加增强相的表面粗糙度可以提高界面的机械嵌合作用，增强界面强度。
但过度粗糙的表面可能会引入缺陷，反而不利于界面性能。
此外，制备工艺条件也会显著影响聚合物复合材料的界面强度。
在复合材料的制备过程中，温度、压力、成型时间等参数都会对界面的形成和发展产生影响。
例如，在热压成型过程中，温度过高可能导致聚合物基体的降解，温度过低则可能无法实现良好的界面浸润和结合。
压力的大小和施加方式也会影响界面处的孔隙排除和应力分布。
含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制
第37卷第11期高分子材料科学与工程V o l .37,N o .112021年11月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GN o v .2021含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制董 炜1,窦怡彬2,刘陆广2,任志毅2,许 斌2吴克德1,曹俊翔1,龙东辉1(1.华东理工大学化工学院,上海200237;2.上海机电工程研究所,上海201109)摘要:以三聚氰胺㊁间苯二酚和甲醛为原料,采用水热法制备出一种单分散的含氮酚醛微球,将其作为填料加入甲基苯基硅橡胶,研究了所制硅橡胶材料的拉伸性能㊁阻燃性能及高温稳定性㊂锥形量热仪与极限氧指数试验结果表明,含氮酚醛微球的加入能够显著提高硅橡胶的阻燃性,使热释放速率峰值从220k W /m 2降至125k W /m 2,极限氧指数从21.11%升至28.83%,表现出含氮酚醛微球优异的阻燃功能㊂进一步通过热重-红外联用㊁热裂解-气质联用㊁形貌分析等表明,含氮酚醛微球通过在气相中释放三聚氰胺㊁氨气等气体,以及在固相中维持硅橡胶体积和形状的方式提高了硅橡胶的阻燃性㊂拉伸试验㊁高温炭化试验及扫描电镜分析表明,含氮酚醛微球与硅橡胶的相容性较好,能够显著将硅橡胶的拉伸强度从0.24M P a 提升至0.74M P a ,同时维持其断裂伸长率在110%左右,并能增加炭化后产品的结构完整性,在耐烧蚀硅橡胶防热涂层中具有一定的应用潜力㊂关键词:阻燃;三聚氰胺;酚醛微球;硅橡胶中图分类号:T Q 333.93 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2021)11-0053-09d o i :10.16865/j.c n k i .1000-7555.2021.0272收稿日期:2021-03-16通讯联系人:龙东辉,主要从事热防护材料及技术研究,E -m a i l :l o n gd h @e c u s t .e d u .c n 硅橡胶因其出色的耐烧蚀性能㊁高低温性能㊁化学稳定性和电绝缘性等优点而广泛应用于航空航天㊁汽车㊁建筑等领域[1]㊂当一般的硅橡胶材料应用于高温有氧环境时,其表面会发生燃烧,内部也会受高温影响而热解变形㊂为使其能够在恶劣的条件下继续发挥隔绝㊁保护等作用,一方面,要求硅橡胶材料具备一定的阻燃性,防止其表面燃烧过于剧烈而对自身乃至其他部位产生进一步的破坏;另一方面,要求硅橡胶材料内部在高温下具备较好的稳定性,使材料整体的体积㊁形状和强度在高温氧化与热解的过程中得到一定程度的维持㊂向材料中加入阻燃填料是提高材料阻燃性最常用㊁方便且有效的方法㊂常用的阻燃剂主要有无机金属氢氧化物[2]㊁金属氧化物[3]㊁含硅矿物[4]及有机卤系㊁磷系[5]和氮系[6]化合物㊂无机阻燃填料的密度一般较高,且阻燃效率低,因此会对材料的力学性能产生明显的不利影响[7],有机阻燃剂中,卤系阻燃剂因环保问题及在阻燃过程中会产生大量有毒烟雾而受到了严格限制,氮磷阻燃剂在复配使用时,往往会使材料产生膨胀而疏松的炭层[8,9],因此在某些应用场所并不适用㊂酚醛材料的高温性能优异,具有高残炭㊁低烟低毒等优点,将酚醛成分引入硅橡胶涂层是提高涂层高温稳定性与耐烧蚀性能的思路之一㊂但是酚醛与硅橡胶的相容性较差,李佳怡等[10]和L i 等[11]分别通过物理熔融混合和化学接枝改性的方法将酚醛与硅橡胶复合,材料的高温性能提高,但低相容性导致材料的均一性㊁分散性或力学性能不理想㊂三聚氰胺的含氮量高达67%,且常温下性质稳定,与硅橡胶的相容性较好,是理想的氮源[12,13],P a r ya 等[6]通过化学氧化共聚的方法将三聚氰胺引入聚苯胺的主链,将聚合物的氮含量提升至70%㊂本课题组前期以三聚氰胺㊁间苯二酚和甲醛为原料制备出一种含氮酚醛微球[14],该微球含氮量较高,有阻燃潜力,同时还具备酚醛的耐高温㊁耐烧蚀性能,并且与硅橡胶的相容性较好㊂本文将其作为阻燃填料,应用于甲基苯基硅橡胶中,对含氮酚醛微球改性硅橡胶的阻燃性能与机理进行了探究㊂1实验部分1.1主要原料甲基苯基硅橡胶:牌号108,上海树脂厂;六甲基二硅氧烷:99%,上海麦克林生化科技有限公司;四丙氧基硅烷:97%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;二月桂酸二丁基锡:95%,上海麦克林生化科技有限公司;间苯二酚:99%,阿达玛斯贝塔(上海)化学试剂有限公司;三聚氰胺:99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;甲醛水溶液:质量分数37%~40%,阿达玛斯贝塔(上海)化学试剂有限公司㊂1.2含氮酚醛微球的制备取17.08g(0.16m o l)间苯二酚和25.19g (0.31m o l)甲醛溶液(质量分数37%)置于50m L去离子水中,在常温和气密条件下搅拌至溶液澄清,记为R溶液㊂取19.60g(0.16m o l)三聚氰胺和37.84g(0.47m o l)甲醛溶液(质量分数37%)置于100m L去离子水中,在80ħ水浴和气密条件下搅拌至溶液澄清后,快速冷却至常温,记为M溶液㊂将R 溶液与M溶液混合,并补充去离子水将溶液定容至400m L,振荡至均相㊂将溶液在气密条件下静置于80ħ烘箱2h,使含氮酚醛微球从溶液中析出㊂将含氮酚醛微球过滤㊁洗涤后置于80ħ电热鼓风烘箱干燥48h,存放待用㊂1.3含氮酚醛微球改性硅橡胶的制备取一定比例的含氮酚醛微球与50g硅橡胶混合,并加入10g六甲基二硅氧烷调节流动性,搅拌30 m i n,然后加入2.5g交联剂四丙氧基硅烷和0.25g 催化剂二月桂酸二丁基锡,继续搅拌5m i n㊂将混合物转移至模具中,并置于真空桶内,在真空环境下除去气泡和溶剂,然后恢复常压,室温固化48h,得到含氮酚醛微球改性硅橡胶㊂含氮酚醛微球的含量以每百份橡胶记,即对100p h r橡胶添加的份数㊂1.4测试与表征1.4.1扫描电子显微镜(S E M)分析:使用美国F E I N o v aS E M场发射扫描电子显微镜,观察样品的微观形貌,对样品表面喷铂以增加其导电性㊂1.4.2傅里叶变换红外光谱(F T-I R)分析:使用美国P e r k i n E l m e r S p e c t r u m T w o红外光谱仪,以衰减全反射(A T R)法扫描材料的红外光谱㊂1.4.3元素分析:使用V a r i o u sE L型元素分析仪测定材料C,H,N的含量㊂1.4.4热重-红外联用(T G-I R)分析:将德国耐驰T G209F3热重分析仪与德国布鲁克T E N S O R27傅里叶变换红外光谱仪联用,获取样品在不同温度下热解产物的红外光谱信息㊂采用氩气气氛,气流量为30m L/m i n,升温速率为10ħ/m i n㊂1.4.5热裂解-气质联用(P y-G C/M S)分析:使用美国安捷伦P Y/G C-M S/7890A-5975C气相色谱质谱联用仪(带裂解),获取样品在特定温度下热解产物的气相色谱与质谱信息㊂1.4.6热重(T G)分析:使用美国P e r k i n E l m e r T G A4000表征材料的热性能㊂采用氮气或空气气氛,气流量为30m L/m i n,升温速率为10ħ/m i n㊂1.4.7锥形量热(C C)测试:使用英国F T T0007锥形量热仪测试材料的各项燃烧数据㊂样品尺寸为100 mmˑ100mmˑ3mm,粘接在不锈钢板上㊂1.4.8高温炭化测试:使用合肥科晶材料技术有限公司的O T F-1200X管式炉,在氮气气氛下将切成20 mmˑ10mmˑ3mm的样品以5ħ/m i n升至不同温度并在最高温度处保持2h,然后在炉中自然冷却至常温㊂1.4.9极限氧指数(L O I)测试:使用英国F T T0077氧指数仪测试材料的极限氧指数㊂1.4.10拉伸性能测试:使用U T M2503万能试验机测试材料的拉伸性能㊂2结果与讨论2.1含氮酚醛微球的制备F i g.1(a)为所制含氮酚醛微球的S E M照片㊂从中可以看出,含氮酚醛微球的球形度很高,平均粒径约为3μm,分散性优异㊂F i g.1(c)为微球的红外光谱图,其中,位于1550c m-1附近的宽峰包含了N-H 键变形振动峰㊁三嗪环伸缩振动峰及苯环的伸缩振动峰,1490c m-1附近的宽峰为不同位置C-N键伸缩振动的重叠峰,1380c m-1和1343c m-1分别对应苯环间(不与N原子相连)的亚甲基和其他位置(与N原子相连)的亚甲基中C-H键的变形振动㊂1000 c m-1附近的宽峰包含未缩合的残余羟甲基中C-O 键的伸缩振动峰及C-H键的面外变形振动峰,810 c m-1处的尖峰对应三嗪环的面外变形振动㊂微球的元素分析结果表明,其氮元素质量分数为25.5%㊁碳元素质量分数为48.5%,与按反应物计量产物的计算结果(24.6%和49.0%)非常接近,其差值可能属于仪器正常的误差,也可能是由于间苯二酚的亲水性较45高分子材料科学与工程2021年强,在溶液中的残留量高于三聚氰胺所导致的㊂上述结果表明间苯二酚㊁三聚氰胺的充分聚合反应,形成了具有酚醛和三嗪环复合结构的含氮酚醛微球㊂F i g .1 S E Mi m a g e (a ),m o l e c u l a r s t r u c t u r e (b )a n dF T -I Rs p e c t r u m (c )o f n i t r o g e n -e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s ph e r e s 2.2 含氮酚醛微球的高温热解过程为探究含氮酚醛微球作为填料在高温过程中的裂解机理,首先通过热重-红外联用技术分析含氮酚醛微球的高温气相产物,结果如F i g .2所示㊂从T G 与D T G 曲线可以看出,含氮酚醛微球在惰性气氛下的热解可大致分为4个阶段㊂第1阶段(140~240ħ)的失重对应的气体红外光谱中,2360c m -1和670c m -1对应C O 2,1745c m -1代表甲醛中C =O 键的伸缩振动峰㊂因此,含氮酚醛微球第1阶段的热解产物主要为吸附的二氧化碳和未完全反应的甲醛㊂第2阶段(330~410ħ)对应的气体红外光谱中,1600c m -1和1440c m -1处出现了2个强烈的吸收峰,对应三聚氰胺中三嗪环的伸缩振动㊂因此,微球在第2阶段主要发生了生成三聚氰胺及其衍生物的解聚反应㊂第3阶段(410~570ħ),2285c m -1和2250c m -1的吸收峰分别为H C N 与C H 3C N 中C ʉN 键伸缩振动峰,965c m -1和930c m -1对应N H 3,说明残留在微球中的三嗪环结构在该阶段发生了大量的缩合反应并开始进行开环降解;此外,在3015c m -1处出现了芳烃中C -H 键的伸缩振动峰,且C O 2特征峰达到最大值,说明微球中的酚醛部分开始发生降解,主要包括由亚甲基的断键反应生成酚类衍生物及羟基自由基的氧化反应生成二氧化碳㊂第4阶段(>570ħ),在2190c m -1和2110c m -1处出现了C O 的特征峰,说明微球中的酚醛部分在进一步降解,且羟基含量大幅下降,导致不完全氧化产物C O 的生成㊂F i g .2 TG -I Rr e s u l t s o f n i t r o g e n -e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s ph e r e s a :T Ga n dD T Gc u r v e s ;b :F T -I Rs p e c t r a o f p y r o l ys i s p r o d u c t s 55 第11期董 炜等:含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制为进一步探究含氮酚醛微球在第2阶段的热解产物,通过热裂解-气质联用分析微球在366ħ热解后的气相产物(F i g .3),通过比对气相产物中占比最大的物质(F i g.3a 中的阴影部分)的质谱图(F i g.3b ),可以确认其为三聚氰胺㊂由此可知,含氮酚醛微球在366ħ附近能够产生了大量三聚氰胺及其衍生物,能够吸收并移走热量,稀释可燃㊁助燃气体,具备在阻燃耐烧蚀硅橡胶中应用的潜力㊂F i g .3 P y -G C /M S r e s u l t s o f n i t r o g e n -e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s ph e r e s a t 366ħ(a ):G Cc u r v e ;(b ):M S s pe c t r u mofg a s p r o d u c t sw i th t h e r e si d e n c e t i m e o f 13m i n F i g .4 T Gc u r v e s o f n i t r o g e n -e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s p h e r e s i nN 2(a )a n d a i r (b ),a n dD T Gc u r v e s o fm i c r o s ph e r e s i nN 2(c )a n da i r (d )2.3 改性硅橡胶的高温性能与阻燃性通过热重分析表征含氮酚醛微球改性硅橡胶的热稳定性与成碳能力,结果如F i g .4所示㊂在氮气气氛下,随着含氮酚醛微球加入量的增加,改性硅橡胶的残碳率上升,最大减重速率下降㊂在空气气氛下,改性硅橡胶的残碳率随微球加入量的增加而降低,但最大减重速率峰值对应的温度略微上升,说明含氮酚醛微球能够一定程度上延缓硅橡胶的氧化㊂值得注意的是,40p h r 含氮酚醛微球改性硅橡胶在空气和氮气气氛下850ħ热重后的残碳率比较接近,说明其在65高分子材料科学与工程2021年燃烧过程中表面氧化与内部炭化的失重会较为一致,有利于维持整体结构的完整㊂F i g.5 C o n e c a l o r i m e t e r r e s u l t s o f p u r e a n dm o d i f i e d s i l i c o n e r u b b e r a :H R R ;b :T H R ;c :S P R ;d :T S PT a b .1 C Ca n dL O I r e s u l t s o f p u r e a n dm o d i f i e d s i l i c o n e r u b b e r sC o n t e n t o f t h em i c r o s p h e r e s /ph r pH R R /(k W ㊃m -2)T H R /(M J㊃m -2)pS P R /(m 2㊃s-1)T S P /m2L O I /%0220880.16834.721.1120221840.16619.628.5140125750.06815.228.8360133760.06612.330.48 F i g.5与T a b .1为硅橡胶和改性硅橡胶进行锥形量热测试与极限氧指数测试的结果㊂随着含氮酚醛微球加入量的增加,改性硅橡胶的阻燃性呈上升趋势㊂具体来说,未改性硅橡胶的热释放速率(H R R )呈现出明显的2个峰,这是因为在第1个峰值出现时,硅橡胶的表面被氧化而生成了二氧化硅层,阻碍了氧气向硅橡胶内部的扩散,一定程度上抑制了硅橡胶的燃烧㊂而随着锥形量热仪的持续加热,硅橡胶的表层氧化与内部炭化引起的形变破坏了二氧化硅层的完整性,导致大量未被氧化的硅橡胶重新暴露在空气中,并发生了剧烈燃烧,使得H R R 出现了第2个峰㊂加入了20p h r 含氮酚醛微球的改性硅橡胶的H R R 峰值(pH R R )与未改性硅橡胶的H R R 峰值非常接近,这是因为改性硅橡胶在静置固化时,由于微球的加入量较少,在界面张力的作用下,改性硅橡胶表层的微球含量非常低,所以没能起到阻燃作用㊂但是填充在硅橡胶内部的微球能够有效地在持续加热燃烧中发挥阻燃和维持形状的作用,因此没有明显的第2个H R R 峰,总热释放量(T H R )也从88M J /m 2降低至84M J /m 2㊂随着含氮酚醛微球的加入量增至40p h r ,改性硅橡胶的阻燃性得到明显提升,H R R峰值大幅下降,从220k W /m 2降至125k W /m 2,T H R 也降低至75M J /m 2㊂然而,当含氮酚醛微球的加入量继续增加至60p h r 后,改性硅橡胶的阻燃75 第11期董 炜等:含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制性不再有明显的改变,其H R R 和T H R 曲线与40ph r 的曲线比较接近㊂生烟速率(S P R )和总生烟量(T S P )曲线随含氮酚醛微球加入量的变化趋势与H R R 和T H R 曲线的变化基本一致㊂此外,含氮酚醛微球对硅橡胶极限氧指数的影响也很显著,20p h r的加入量即可将硅橡胶的极限氧指数从21.11%大幅提高至28.51%,继续提高微球的加入量还能使极限氧指数有小幅增加㊂2.4 改性硅橡胶的高温炭化性能对硅橡胶和改性硅橡胶进行高温炭化试验,炭化前后样品的外观如F i g .6所示㊂400ħ炭化后,未改性的硅橡胶因热解产生大量气体而发生了严重的鼓胀变形,内部也呈现出大量的气泡结构,而含氮酚醛微球改性的硅橡胶在维持形状稳定的同时还保持了很好的弹性㊂纯硅橡胶在800ħ高温炭化后剧烈收缩,形状完全无法维持㊂含氮酚醛微球改性硅橡胶在高温炭化后虽然有一定程度的收缩,但仍能维持其基本的形状㊂当微球加入量仅20p h r 时,改性硅橡胶高温炭化后会有轻微鼓泡㊁掉粉㊁弯曲变形等现象㊂随着微球加入量的增加,改性硅橡胶高温炭化后的形状更加稳定,但收缩程度差异不明显,这是因为含氮酚醛微球本身在高温炭化过程中也会发生一定程度的体积收缩㊂F i g.6 P u r ea n d m o d i f i e ds i l i c o n er u b b e r sa f t e rc a r b o n i z a t i o na t d i f f e r e n t t e m pe r a t u re F i g .7 S E Mi m a g e s of p u r e s i l i c o n e r u b b e r a t h e a t t r e a t m e n t t e m pe r a t u r e of 30ħ(a ),400ħ(b )a n d800ħ(c );a n dm o d i f i e d r u b b e r (40p h r )a t h e a t t r e a t m e n t t e m pe r a t u r e of 30ħ(d ),400ħ(e )a n d 800ħ(f ) F i g.7为未改性硅橡胶和40p h r 含氮酚醛微球改性硅橡胶在炭化前后的S E M 照片㊂从炭化前的S E M 照片中可以看出,含氮酚醛微球与硅橡胶基体的相容性很好,界面比较模糊,没有明显的气泡或空隙㊂400ħ处理后,未改性硅橡胶开始有不规则的颗粒析出,断面变得粗糙,而微球改性硅橡胶的断面仍85高分子材料科学与工程2021年然保持均匀光滑,只是微球粒径略有下降㊂800ħ处理后,硅橡胶基体基本分解完全,残余球形的S i O 2颗粒与不定型炭,均无法起到支撑作用,因此结构十分松散,宏观上则体现为严重的体积收缩与变形;而炭化后的含氮酚醛微球则能够利用残余硅橡胶基体将彼此粘接在一起,作为骨架维持整体的体积与形状㊂F i g.8为未改性硅橡胶和40p h r 含氮酚醛微球改性硅橡胶在炭化前后的红外光谱㊂炭化前硅橡胶的红外光谱中,2957c m -1和2900c m -1分别为侧链甲基的反对称与对称伸缩振动吸收峰,1258c m -1为侧链甲基的变形振动峰,900~1200c m -1范围的宽峰对应硅橡胶S i -O-S i 主链的反对称伸缩振动,788c m -1处为S i -O 键伸缩振动与S i -C H 3键伸缩振动的重合峰,698c m -1处的峰对应苯基侧链S i -C 键的伸缩振动㊂改性硅橡胶在1300~1700c m -1范围内的一系列宽峰对应含氮酚醛微球上三嗪环和苯基,这些峰在400ħ炭化后发生了明显的减弱和分离,说明含氮酚醛微球通过自身的部分热解抑制了硅橡胶主链的热解㊂在更高的炭化温度下,改性硅橡胶的红外光谱曲线变得比较平滑,不再有明显的特征峰,证明含氮酚醛微球高温下形成的不定型炭取代了硅橡胶基体成为炭化硅橡胶的主体成分㊂F i g .8 F T -I Rs p e c t r a o f (a )p u r e r u b b e r a n d (b )m o d i f i e d r u b b e r (40p h r )b e f o r e a n d a f t e r c a r b o n i z a t i o n a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u re F i g.9 S t r e s s -s t r a i n c u r v e s o f p u r e a n dm o d i f i e d s i l i c o n e r u b b e r 2.5 改性硅橡胶的力学性能F i g .9为硅橡胶与改性硅橡胶的拉伸性能曲线㊂纯硅橡胶的拉伸强度与断裂伸长率仅有0.24M P a 和110%㊂加入20p h r 含氮酚醛微球后,改性硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率分别提高至0.49M P a 和132%,说明含氮酚醛微球能够有效提高硅橡胶的力学性能㊂随着含氮酚醛微球加入量增加到40p h r 和60p h r ,改性硅橡胶的拉伸强度继续增加至0.74M P a 和0.90M P a ,但断裂伸长率开始下降,至112%和92%,呈现出刚性增强填料的典型特点㊂3 结论(1)以三聚氰胺㊁间苯二酚和甲醛为原料,合成了一种含氮酚醛微球,将其作为填料应用于硅橡胶中,可有效提高材料的阻燃性能㊂H R R 峰值从220k W/m 2降至125k W /m 2,S P R 峰值从0.168m 2/s 降至0.066m 2/s ,L O I 值从21.11%升至30.48%㊂(2)通过T G ,F T -I R ,S E M ,I R ,X R D 等表征手段,从气相和固相两方面分析了含氮酚醛微球的阻燃耐烧蚀机理㊂在气相中,含氮酚醛微球在366ħ左右释放三聚氰胺蒸汽,起到了吸热与稀释可燃和助燃气体的作用㊂在固相中,含氮酚醛微球升温过程中能够缓解硅橡胶的热解,使材料在400ħ仍能维持形状和弹性,而在高温下能形成骨架,维持材料的形状并减少体积收缩㊂(3)含氮酚醛微球与硅橡胶的相容性很好,适量95 第11期董 炜等:含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制微球的加入甚至能够提高硅橡胶的力学性能,拉伸强度从0.24M P a升至0.74M P a,断裂伸长率从110%增至112%㊂参考文献:[1]来国桥.有机硅产品合成工艺及应用[M].北京:化学工业出版社,2010.[2]朱皓,文庆珍,谢云飞.氢氧化铝/氢氧化镁/硅橡胶阻燃材料的研究[J].弹性体,2018,28(5):28-32.Z h uH,W e nQZ,X i eYF.R e s e a r c ho na l u m i n i u mh y d r o x i d e/ m a g n e s i u m h y d r o x i d e/s i l i c o nr u b b e rf l a m er e t a r d a n t m a t e r i a l [J].C h i n aE l a s t o m e r i c s,2018,28(5):28-32.[3] B a i L,W a n g X,T a nJ,e t a l.S t u d y o f d i s t i n c t i o n s i n t h es y n e r g i s t i c e f f e c t s b e t w e e n c a r b o nn a n o t u b e s a n d d i f f e r e n tm e t a l o x i d en a n o p a r t i c l e so ne n h a n c i n g t h e r m a lo x i d a t i v es t a b i l i t y o f s i l i c o n er u b b e r[J].J o u r n a lo f M a t e r i a l s S c i e n 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l–f o r m a l d e h y d e p o l y m e r i c m i c r o s p h e r e s[J].C h e m i c a lC o mm u n i c a t i o n s,2013,49:3763-3765.06高分子材料科学与工程2021年N i t r o g e n-E n r i c h e dP h e n o l i cM i c r o s p h e r e s a s F l a m eR e t a r d a n t f o rO r g a n i c S i l i c o n eR u b b e r a n d I t sM e c h a n i s mW e i D o n g1,Y i b i nD o u2,L u g u a n g L i u2,Z h i y iR e n2,B i nX u2K e d eW u1,J u n x i a n g C a o1,D o n g h u i L o n g1(1.S c h o o l o f C h e m i c a lE n g i n e e r i n g,E a s tC h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y(E C U S T),S h a n g h a i200237,C h i n a;2.S h a n g h a iE l e c t r o-M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g I n s t i t u t e,S h a n g h a i201109,C h i n a)A B S T R A C T:M o n o d i s p e r s en i t r o g e n-e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s p h e r e sw e r es y n t h e s i z e db y h y d r o t h e r m a lm e t h o du s i n g m e l a m i n e,r e s o r c i n o l a n d f o r m a l d e h y d e a s r a wm a t e r i a l,a n d u s e d a s f i l l e r f o rm e t h y l p h e n y l s i l i c o n e r u b b e r.T h e t e n s i l e p r o p e r t i e s,f l a m e r e t a r d a n t p r o p e r t i e s a n d h i g h t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y o f t h e s i l i c o n e r u b b e r sw e r e s t u d i e d.T h e r e s u l t s o f c o n e c a l o r i m e t r y a n d l i m i t i n g o x y g e n i n d e x(L O I)t e s t s s h o w t h a t t h e a d d i t i o n o f n i t r o g e n-e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s p h e r e s (40p h r)s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e s t h e f l a m e r e t a r d a n t o f s i l i c o n e r u b b e r s.T h e p e a kh e a t r e l e a s e r a t e i s r e d u c e d f r o m220 k W/m2t o125k W/m2a n dt h eL O I i s i m p r o v e df r o m21.11%t o28.83%,i n d i c a t i n g t h ee x c e l l e n t f l a m er e t a r d a n t f u n c t i o n o f n i t r o g e n-e n r i c h e d m i c r o s p h e r e s.T h e r m o g r a v i m e t r i c-i n f r a r e d,p y r o l y s i s g a s c h r o m a t o g r a p h y m a s s/ s p e c t r o m e t r y a n d m o r p h o l o g y a n a l y s i s i n d i c a t et h a tt h en i t r o g e n-e n r i c h e d p h e n o l i c m i c r o s p h e r e s i m p r o v et h ef l a m e r e t a r d a n c y o f s i l i c o n e r u b b e r s b y r e l e a s i n g m e l a m i n e a n d a m m o n i a i n g a s p h a s e a n dm a i n t a i n i n g t h e v o l u m e a n d s h a p e o f s i l i c o n e r u b b e r i ns o l i d p h a s e.T h et e n s i l et e s t,h i g ht e m p e r a t u r ec a r b o n i z a t i o nt e s ta n dS E M r e v e a l t h a tn i t r o g e n-e n r i c h e d p h e n o l i cm i c r o s p h e r e sh a v e t h e g o o dc o m p a t i b i l i t y w i t hs i l i c o n e r u b b e r,i m p r o v e t h e t e n s i l es t r e n g t ho f t h e r u b b e r f r o m0.24M P a t o0.74M P aw h i l e m a i n t a i n i n g i t se l o n g a t i o na tb r e a ka t110%,a n d i n c r e a s et h es t r u c t u r a l i n t e g r i t y o ft h e p r o d u c ta f t e rc a r b o n i z a t i o n,s oh a v ec e r t a i n p o t e n t i a la p p l i c a t i o n si na b l a t i v es i l i c o n er u b b e rh e a t r e s i s t a n c e c o a t i n g.K e y w o r d s:f l a m e r e t a r d a n t;m e l a m i n e;p h e n o l i cm i c r o s p h e r e;s i l i c o n e r u b b e r(上接第52页㊂c o n t i n u e d f r o m p.52)S y n t h e s i s a n dP r o p e r t i e s o fU r e i d oH y p e r b r a n c h e dP o l y m e rW o o dA d h e s i v e sZ h i L i,G u a n b e nD u,H o n g x i n g Y a n g,K a n g n i a n W a n g,X i nR a n,W e iG a o,X i a o j i a nZ h o u,L o n g Y a n g (Y u n n a nP r o v i n c eK e y L a b o f W o o dA d h e s i v e s a n dG l u e dP r o d u c t s,C o l l e g e o f M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,S o u t h w e s tF o r e s t r y U n i v e r s i t y,K u n m i n g650224,C h i n a)A B S T R A C T:U r e i d o g r o u p s a r e u s u a l l y p r o d u c e d b y t h e r e a c t i o n o f i s o c y a n a t e a n d a m i n o g r o u p s.B e c a u s e i s o c y a n a t e i s h a r m f u l t o h u m a nh e a l t h a n d e n v i r o n m e n t,a n d t h e c o s t i s h i g h,m o r e a n dm o r e a t t e n t i o n h a s b e e n p a i d t o t h e s y n t h e s i s o fu r e i d o p o l y m e ra d h e s i v e s b y u s i n g l o w-c o s tu r e ai n s t e a d o fi s o c y a n a t e.I nt h i s p a p e r,as e r i e s o fl o w-c o s t f o r m a l d e h y d e-f r e eh y p e r b r a n c h e d u r e i d o p o l y m e ra d h e s i v e s w e r es y n t h e s i z e df r o m c h e a p m e t h y la c r y l a t ea n d p-p h e n y l e n e d i a m i n eb y M i c h a e la d d i t i o n r e a c t i o n a n d a m i d a t i o n r e a c t i o n,a n dt h e nf u s e d w i t h u r e a b y A2+B4 p o l y c o n d e n s a t i o nw i t h o u t c a t a l y s t a n d s o l v e n t.T h eN M R,F T-I R,M Sa n dG P Cw e r eu s e d t o a n a l y z e a n dv e r i f y t h e i r s t r u c t u r e;D S C a n dT G Aw e r e u s e d t o a n a l y z e t h e i r t h e r m a l b e h a v i o r a n d t h e r m a l s t a b i l i t y.F i n a l l y,t h e u r e i d o p o l y m e r w a s u s e d a s a d h e s i v e t o b o n d d i f f e r e n t s u b s t r a t e s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e b o n d i n g s t r e n g t h o f b o n d i n g w o o d i sm o r e t h a n1.34M P a,m u c hh i g h e r t h a n r e q u i r e m e n t s o f T y p e I I P l y w o o d s i nC h i n aN a t i o n a l S t a n d a r d(G B/T17657-2013), a n d i t h a s g o o dw a t e r r e s i s t a n c e;u s e d f o r b o n d i n gp o l y m e t h y lm e t h a c r y l a t e,t e m p e r e d g l a s s,p o l y t e t r a f l u o r o e t h y l e n e, r u b b e r,a g a t e a n d o t h e r s u b s t r a t e s,i t a l s o s h o w s a s t r o n g a d h e s i o n.K e y w o r d s:f o r m a l d e h y d e-f r e e;h y p e r b r a n c h e d;u r e i d o p o l y m e r s;a d h e s i v e s16第11期董炜等:含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制。
复合材料微观缺陷对性能影响
复合材料微观缺陷对性能影响在当今的材料科学领域，复合材料因其优异的性能和广泛的应用前景备受关注。
然而，复合材料在制备和使用过程中不可避免地会出现微观缺陷，这些微观缺陷对其性能产生着重要的影响。
首先，我们需要了解什么是复合材料的微观缺陷。
简单来说，微观缺陷是指在复合材料微观结构中存在的各种不连续性、不均匀性或损伤。
常见的微观缺陷包括孔隙、裂纹、界面脱粘、纤维断裂等。
孔隙是复合材料中较为常见的一种微观缺陷。
孔隙的存在会显著降低材料的强度和刚度。
这是因为孔隙会导致材料有效承载面积减小，应力集中增加。
当外力作用于材料时，孔隙周围容易产生局部的高应力，从而引发裂纹的萌生和扩展，导致材料过早失效。
裂纹也是不容忽视的微观缺陷。
微小的裂纹在材料内部可能会逐渐扩展，尤其是在受到循环载荷或恶劣环境条件的作用下。
裂纹的扩展会进一步削弱材料的结构完整性，降低其承载能力和疲劳寿命。
界面脱粘是复合材料中另一个关键的微观缺陷。
复合材料通常由两种或多种不同性质的材料组成，它们之间的界面结合强度对于性能至关重要。
当界面发生脱粘时，不同组分之间的协同作用受到破坏，导致材料的力学性能、热性能和电性能等都出现下降。
纤维断裂同样会对复合材料的性能造成严重影响。
纤维在复合材料中往往承担着主要的载荷，如果纤维发生断裂，材料的强度和刚度会大幅降低。
那么，这些微观缺陷是如何产生的呢？制备工艺是一个重要的因素。
例如，在复合材料的成型过程中，如果工艺参数控制不当，如温度、压力、固化时间等不合理，就容易产生孔隙和裂纹等缺陷。
原材料的质量也会影响微观缺陷的形成。
如果纤维表面存在杂质、损伤或者基体材料的纯度不够，都可能导致界面结合不良或产生内部缺陷。
此外，复合材料在使用过程中受到的外部环境和载荷条件也可能导致微观缺陷的产生和发展。
例如，高温、潮湿的环境可能会加速材料的老化和降解，从而引发微观结构的变化和缺陷的形成。
长时间的循环载荷作用可能会导致疲劳裂纹的产生和扩展。
碳纳米管对酚醛树脂基复合材料性能的影响
碳纳米管对酚醛树脂基复合材料性能的影响孔国强;安振河;赵寰;于秋兵;邵蒙;李莹;魏化震;王康;刘文博【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2024(45)5【摘要】为制备具有隔热、耐烧蚀、电磁屏蔽等多功能集成的结构复合材料,满足武器装备对多功能复合材料的迫切需求,采用超声波分散的工艺将碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)在树脂基体中进行分散,并制备CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料。
经对CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料的层间性能检测,当CNTs 含量达到1.5%时,其层间剪切强度提高57.4%。
对CNTs改性定向国产碳纤维/酚醛树脂复合材料的弯曲性能、层间性能和抗冲击性能都进行检测。
检测结果表明,经CNTs改性后,定向国产碳纤维/酚醛复合材料的力学性能和模量均得到了大幅提高。
对CNTs改性短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的导电性能和导热性能进行了研究。
研究结果表明:随着CNTs含量的提高,短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的电阻率呈数量级速度降低,当CNTs含量达到14%时,复合材料的电阻率由1010Ω·m降低到了10-2Ω·m,复合材料由绝缘体转变为导体;当CNTs含量小于6%时,复合材料的导热系数虽有提高,但与复合材料电性能相比提高幅度不大。
【总页数】8页(P1547-1554)【作者】孔国强;安振河;赵寰;于秋兵;邵蒙;李莹;魏化震;王康;刘文博【作者单位】山东非金属材料研究所;某军事代表局驻某地区军事代表室【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.修饰碳纳米管对硼酚醛树脂基复合材料力学性能的影响2.碳纳米管/酚醛树脂基复合材料的研究进展3.碳纳米管对酚醛树脂/碳纤维复合材料力学性能的影响4.改性碳纳米管对环氧树脂基复合材料热性能和力学性能的影响5.Fenton试剂pH值对碳纳米管及其增强酚醛树脂/石墨复合材料性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
空心微珠铝基复合泡沫材料压缩力学行为研究
空心微珠铝基复合泡沫材料压缩力学行为研究一、空心微珠铝基复合泡沫的魅力大家都知道，泡沫是我们日常生活中常见的东西，像泡沫塑料、泡沫杯子啥的，感觉它们轻飘飘的，好像没啥力量。
但实际上，泡沫的应用广泛得很，尤其是在工业上。
要是你在车里、飞机上，或者建筑材料里发现泡沫的身影，那一定不是“看上去不靠谱”的东西，它们可是有着强大内涵的！特别是空心微珠铝基复合泡沫材料，听上去有点复杂，但其实它就是通过将空心微珠嵌入铝基材料中，形成的一种轻质、高强度、超级耐用的复合材料。
打个比方，这材料就像是一个“超人”外壳，既不重，又能顶得住各种压力。
这种材料的关键在于泡沫和铝基的结合。
空心微珠给泡沫带来了轻盈，而铝基则让它更坚固，二者的合体像是“金刚钻”里的泡沫心。
它不仅可以广泛应用在汽车、飞机等领域，还能帮助提高结构的稳定性和耐用性。
所以，研究它的压缩力学行为就显得尤为重要了。
咱们得弄清楚它到底能在多大的压力下保持原样，避免在关键时刻“掉链子”！二、压缩力学行为的奥秘咱们要弄明白啥是“压缩力学行为”。
简单来说，就是看这玩意儿受压时，会不会像个软柿子，轻轻一捏就变形。
你想想，假如泡沫材料在受到压力时一开始就塌了，那它岂不是没啥用？这不行啊！所以，空心微珠铝基复合泡沫的压缩性能必须要足够好，不然就跟鸡肋差不多。
在实际应用中，泡沫材料受压时，首先是外力对其表面产生压缩，材料的内部结构开始逐渐发生变化。
你可以想象它就像是一个气球，随着外部压力的加大，气球内的气体开始被压缩，最后可能会被挤出，变得越来越小。
而对于泡沫材料来说，尤其是这种空心微珠铝基复合泡沫，它的变化是分阶段的。
初期，它会保持一些弹性，能吸收一部分压力；但一旦压到一定程度，材料内部的微珠就会开始崩塌，形成更大的变形。
这个过程就像是压缩一个不完全充气的气球，前半段你还能感受到它的弹性，后半段就全变成一团“混乱”了。
但是，令人惊讶的是，这种材料的压缩性能比很多传统泡沫材料要好。
空心玻璃微球-混凝土复合材料的破坏与耗能的研究
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击波 能量 占总爆炸能量 的比例 ， 计算 结果 表明空心玻璃微球 一混凝土复合材料对爆炸能量能具有 良好的耗散作用 。
关键 词 ：空心玻璃微球 ； 混凝土 ； 水下爆炸 ； 压力 ； 高速摄影
中图 分 类 号 ：０ ８ ３３ 文 献标 识码 ：Ａ
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第 ３ 第２ １卷 Ｏ期
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空心玻 璃 微球 一混凝 土复合 材 料 的破 坏 与耗 能 的研 究
倪 小军 ，沈兆武 ，蒋耀港 ，马宏吴
（ 中国科学技术大学 近代力学系 ， 合肥 ２０ ２ ） ３ ０ ６
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基于MaterialsStudio的聚合物基纳米复合材料力学性能模拟
基于MaterialsStudio的聚合物基纳米复合材料力学性能模拟基于MaterialsStudio的聚合物基纳米复合材料力学性能模拟摘要：聚合物基纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
通过模拟聚合物基纳米复合材料的力学性能，可以为该材料的设计和优化提供重要的指导。
本文介绍了基于MaterialsStudio软件进行聚合物基纳米复合材料力学性能模拟的原理和方法，并通过实例分析了不同纳米颗粒含量对复合材料力学性能的影响。
1. 引言聚合物基纳米复合材料具有轻质、高强度、可调节的性能等优点，广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域。
研究聚合物基纳米复合材料的力学性能对于设计和制备具有优异性能的材料至关重要。
然而，实验手段受到许多限制，因此，利用计算方法模拟复合材料的力学性能具有重要的研究价值。
2. MaterialsStudio软件MaterialsStudio是一种常用的材料模拟软件，具有多种功能模块，可以对材料的结构、热力学和力学性能进行模拟和计算。
在本研究中，我们使用MaterialsStudio软件对聚合物基纳米复合材料的力学性能进行模拟。
3. 模拟方法首先，利用MaterialsStudio软件建立聚合物基纳米复合材料的原子结构模型。
可以选择合适的力场参数和纳米颗粒的分布模式，在模拟中考虑聚合物链的连续性和纳米颗粒的随机分布等因素。
其次，通过分子动力学模拟方法计算材料的力学性能。
选择适当的温度和压力条件，在模拟中施加外力或加载条件，计算聚合物基纳米复合材料的应力-应变曲线、力学强度、断裂韧性等力学性能指标。
最后，通过模拟结果分析纳米颗粒含量对聚合物基纳米复合材料力学性能的影响。
可以比较不同含量的纳米颗粒样品在力学性能上的差异，并对其影响机理进行解释。
4. 实例分析以聚合物基纳米复合材料为研究对象，设置不同纳米颗粒含量的样品，并进行MaterialsStudio模拟。
通过模拟结果可以得到不同含量纳米颗粒样品的应力-应变曲线，分析其力学强度和断裂韧性的变化规律。
空心玻璃微球表面接枝聚苯乙烯及其性能研究
111 空心玻璃微球的制备 采用料浆雾化 - 喷烧成珠工艺制备空心玻璃
微球 [ 6] . 具体过程如下: 将 S iO 2、N aOH、C aO 等玻 璃原料与发泡剂混合均匀制成浆料, 然后喷雾干 燥成前驱粉体, 再高温烧结使其玻璃化、空心化成 空心微球. 为使所得玻璃微球成分均一、质量稳 定, 水性浆料的均质化处理至关重要. 为此, 先后 采用匀浆机和砂磨机充分混合, 并利用喷雾干燥 方法迅速干燥制备出球形前驱体, 尽可能减少原 料粒子的沉淀或团聚造成的成分变化. 将制备出 的前驱颗粒再与燃气充分混合, 利用本实验室特 制的燃烧喷枪及炉体, 快速熔融, 在表面张力及高 温发泡剂作用下形成空心玻璃微球. 为提高微球 的稳定性, 本文采用二氧化硅含量较高的空心玻 璃微球进行实验. 其主要组成 ( 质量分数 ) 如下: S iO 2, 75% ; N a2 O, 1315% ; B2 O3, 712% ; CaO, 316% ; SO3, 017% . 112 空心玻璃微球的表面接枝聚苯乙烯
第 17卷 第 6期 2 0 0 9年 12 月
材料科学与工艺 MATER IALS SC IENCE & TECHNOLOGY
V o l1 17 N o1 6 D ec. , 2009
空心玻璃微球表面接枝聚苯乙烯及其性能研究
潘顺龙1, 张敬杰 1, 邓建国 2, 贺传兰 2, 宋广智 1
( 1. 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100080, E-m a i:l psl7699@ yahoo. com. cn; 2. 中国 工程物理研究院 化工材料研究所, 四川 绵阳 621900)
微球的表征采用 SEM ( S- 4300, H itach,i Japan )、红 外 光 谱 仪 ( FTS165, BIO-RAD, Am er-i can) 进行.
复合材料微观缺陷对性能的影响
复合材料微观缺陷对性能的影响在当今的材料科学领域，复合材料因其优异的性能而备受关注。
然而，在复合材料的制备和使用过程中，微观缺陷的存在往往不可避免。
这些微观缺陷看似微不足道，却能对复合材料的性能产生显著的影响。
首先，我们来了解一下什么是复合材料的微观缺陷。
简单来说，微观缺陷是指在材料微观结构中存在的各种不规则、不连续或不均匀的部分。
常见的微观缺陷包括孔隙、裂纹、界面脱粘、夹杂以及纤维的断裂和错位等。
孔隙是复合材料中较为常见的微观缺陷之一。
孔隙的存在会降低材料的密度，从而影响其力学性能。
例如，在承受拉伸载荷时，孔隙周围容易产生应力集中，导致材料过早发生断裂。
而且，孔隙还会降低材料的热导率和电导率，这在一些对热管理和电性能有要求的应用中可能会带来严重问题。
裂纹也是一种令人头疼的微观缺陷。
裂纹的产生可能源于材料制备过程中的内应力，或者在使用过程中由于疲劳、冲击等因素导致。
一旦裂纹形成，它会迅速扩展，极大地削弱材料的强度和韧性。
尤其是在承受动态载荷的情况下，裂纹的扩展速度可能会加快，使材料在短时间内失效。
界面脱粘是复合材料中另一个关键的微观缺陷。
复合材料通常由两种或多种不同性质的材料组成，它们之间的界面起着传递载荷和协调变形的重要作用。
当界面结合不良，出现脱粘现象时，材料的整体性能将大打折扣。
例如，在纤维增强复合材料中，如果纤维与基体之间的界面脱粘，纤维就无法有效地承担载荷，从而导致材料的强度和刚度下降。
夹杂也是不容忽视的微观缺陷。
夹杂可能是在材料制备过程中混入的杂质颗粒，或者是反应生成的副产物。
这些夹杂会破坏材料的微观结构均匀性，引起局部应力集中，降低材料的疲劳性能和耐腐蚀性能。
纤维的断裂和错位同样会对复合材料的性能产生负面影响。
纤维在复合材料中通常起着主要的承载作用，如果纤维发生断裂或错位，材料的强度和刚度将大幅降低。
那么，这些微观缺陷是如何影响复合材料的性能的呢？从力学性能方面来看，微观缺陷会导致材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命下降。
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１ 前 言 随着武 器装 备 向高 马 赫数 、高 机 动 性 和 长 时 间
飞行方 向发 展 ，武器 装备 面 临着工作 时 间更 长 、温 度 更 高 、压 力更 大 的环境 条件 。在高性 能 、轻 质量 的发 展 趋 势下 ［１１，武 器装 备 结 构 中烧 蚀 隔热 材料 也 面临 着 更 高 的使用 要 求 。 高 防热 、高 热 阻 能力 是 有 效 保 证烧 蚀 隔热 材料在高热 量环境 Байду номын сангаас工作 的重 要性 能 ［２］． 同时 降低 密度 可 以减少 装备 质量 ，延 长续航 能 力 。
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酚 醛 空 心 微 球 对 聚 合 物 基 复 合 材 料 性 能 的影 响
２０１８年 ４月
酚 醛 空 心 微 球 对 聚 合 物 基 复 合 材 料 性 能 的 影 响
沈 晓 钦
（上海玻璃钢研究院有限公司 ，上海 ２０１４０４） 摘 要 ： 以 混合 后 的 石 英 纤 维 、酚 醛 纤 维和 酚 醛 空 心微 球 作 为 增 强体 ，加 入 酚 醛 树 脂 制 备 出 复 合 材 料 。研 究 了酚 醛 空 心 微 球不 同配比对复合 材料 各项力学性能 、隔热性 能、微观形貌 的影响。结果表 明 ，酚 醛空心微球 能降低 复合材料 的密度 ，提升 隔 热性 能．降低力 学性能。 当酚醛 空心微球含 量为 ６％时，酚醛空心微球分散均 匀，复合材料 的隔热性能有明显提 升，材料 的比拉 伸 强 度 和 比压 缩 强 度值 最 大 ，获得 的效 益 最 高 。 关键 词 ：聚合物基复合材料 ；酚醛 空心微球含 量；力学性 能；隔热性 能 ；微观 结构 中 图分 类 号 ：ＴＢ３３２ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３—０９９９（２０１８ Ｊ ０４－０１０２－０５
Ｐｄ
（１）／
式 中 ：ｐ为 复 合 材 料 密 度 ；ｍ ｍ ｍ。、ｍ 分 别
为酚 醛树 脂 、石 英 纤 维 、酚醛 纤 维 、酚 醛 空 心 微 球 的 质 量分 数 ，ｍ 取 ０．３，ｍｂ＋ｍ ＋ｍｄ＝０．７；ｐⅡ、Ｐｈ、Ｐ。、 Ｐ 分别 为酚醛树脂 、石英纤维 、酚醛纤 维 、酚醛空 心微
压机 ：ＹＨ３２—３１５Ｔ，合 肥锻 压 机床 有 限公 司 ；万 能 材料 试 验 机 ：３３６０，Ｉｎｓｔｒｏｎ；热 物 性 分 析 仪 ：ＱＵＩＣＫＬＩ． ＮＥＴＭ。３０ Ａｎｔｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；差 示 热 分析 仪 ：ＤＳＣ２００Ｆ３，
，
德国耐驰仪 器制 造有 限公 司：分 析天平 ：ＸＳ２０４，Ｍｅｔｔｌｅｒ
目前 国外树 脂 基烧蚀 隔 热复合 材 料 的研 究 发展 主要有 使用 高性 能 纤维及 功 能纤 维来 提 升材 料 的烧 蚀 性能 、力 学性 能 及 热 稳定 性 ，如 石 墨 纤 维 、石 英 纤 维 和酚 醛 纤 维 等 ［３．４ ；通 过 化 学 改 性 来 改 善 树 脂 的 耐热 、阻燃 、介 电 等 多 种 性 能来 满 足 恶 劣 的 使 用 环 境 。如 钨 酚 醛 、硼 酚 醛 树 脂 和 酚 醛 型氰 酸 酯 等 ＿５．６ ； 以添 加功 能填 料 的物 理 改性 方 法 来 减 小 密 度 ，提 高 材 料 的热稳 定 性 、烧 蚀 率 和 成 炭 率 等 ，如 超 细 碳 粉 、 碳 化 硅 、氧化石 墨烯 等 ＿７ ］。
Ｔｏｌｅｄｏ；ＳＥＭ ：Ｓ－３４００Ｎ ，Ｈｉｔａｃｈｉ。
２．３ 材 料 制 备
２．３．１ 配 方设计 本 文选 用三 种增 强材 料 ，以石 英 纤 维支 撑 力 学
性 能 ，通 过酚 醛纤维 、酚 醛空 心微球 控 制 密度 的 同 时 增 加隔 热性 能 。结 合 复合 材 料 本 身 的密 度 、力 学 性 能 和导热 系 数 ，以树 脂 含 量 为 ３０％进 行 配方 设 计 。 按式 （１）进 行计 算 ，分别设 计 了 四种 配 比，见 表 １，按 纤维 配 比进行 预浸 料 制作 。
本 文将 三种 增强 材料体 系按 比例 混 合后 加 入 酚 醛 树脂 制成 结 构功 能 一 体 化 的材 料 ，测 试 了材 料 的 拉伸强 度 、压缩 强 度 、导 热 系数 和 比热 容 ，并 观察 了 复合材 料 的微 观结 构 。研 究 了不 同含 量 的 酚醛 空 心 微 球对 复合 材料 性 能 的影 响 。
２ 实验部分 ２．１ 主要 原 料
Ｄ型 石英 纤 维 ：湖 北 菲 利 华 石 英玻 璃 股 份 有 限 公 司 ；５ ｍｍ 酚醛短 纤维 ：天 略纺织 新材 料 有 限公 司 ； 钡酚醛 树脂 ：北 京玻 钢 院复合 材料有 限公 司 ：酚醛 空 心微 球 ：山东圣 泉化 工股 份有 限公 司 。 ２．２ 仪 器及 设 备
收稿 日期 ：２０１７—１２．２８ 作者简介 ：沈晓钦 （１９９０一），男 ，主要从事烧蚀 隔热类 聚合物基 复合材料方面 的研究 ，ｄａｍｎｑｉｎ＠１６３．ｔｏｍ。
２０１８年 第 ４期
玻 璃 钢 ／ 复 合 材 料
１０３
ｐ — ｍ —
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十
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