Исследование механических свойств композиционных материалов, усиленных стекловолокном при высоких температурах: структура волокнистого покрытия оказывает значительное влияние, интенсивность сжатия при 100 °C резко падает на 80%

В исследовании, опубликованном в Fire and Materials, основное внимание уделяется механическим свойствам композитов из стекловолокна, усиленных вакуумной заливкой (GFRP), в высокотемпературной среде, с уделением особого внимания влиянию структуры волокнистого покрытия (fibre architecture). Исследовательская группа подготовила слоистые пластины в трех волокнистых конфигурациях: одностороннее (UD), двухстороннее ортогональное покрытие 0° / 90° (BD) и угловое покрытие средней оси ± 45° (OA), а также провела испытания на растяжение и сжатие в нескольких температурных точках до 300°C в стационарных условиях. Результаты испытаний были также проанализированы совместно с данными предыдущих многоосевых (MA) волокнистых ламинированных пластин.

Ключевые данные: доминирующая производительность матрицы более чувствительна к температуре Исследование

подтверждает, что механические свойства GFRP имеют значительную температурную зависимость, из которых доминирующая производительность матрицы более заметна. При 100°C, из – за трансформации стеклования, интенсивность сжатия значительно снижается, снижение около 80%, односторонняя конфигурация особенно очевидна. Напротив, прочность на растяжение, а также модули растяжения и сжатия, основанные на волокнах, снижаются меньше, а односторонняя конфигурация составляет около 10%, 20% и 10% соответственно. Для многоосевой волокнистой структуры ее поведение находится между односторонним и двухсторонним ортогональным покрытием, что еще больше подчеркивает влияние структуры волокнистого покрытия на высокотемпературные свойства. Исследование

также оценило способность эмпирических моделей и моделей феноменологического анализа, представленных в литературе, моделировать результаты эксперимента и в целом хорошо подобраны. Наконец, экспериментальные данные были сопоставлены с ориентированным на конструкцию коэффициентом преобразования температуры, предложенным CEN / TS 19101: 2022, и показали, что этот фактор все еще дает разумное снижение производительности, когда доля волокна в направлении нагрузки ниже 20%.

Значение для промышленности полимерных добавок и строительных материалов

Хотя это исследование напрямую не связано с составом полимерных добавок, но раскрывает основные характеристики матрицы, которые резко ухудшаются вблизи преобразования стекла, имеет прямую справочную ценность для проектирования стойкости к погоде композитов и высокомолекулярных материалов для строительства и бытовой одежды. GFRP может выдерживать колебания температуры в течение длительного времени в архитектурных конструкциях, наружных панелях, дверных и оконных профилях и других сценариях. Значительное уменьшение характеристик сжатия указывает на то, что при проектировании необходимо в полной мере учитывать соотношение температуры термического перехода смолы матрицы и используемого температурного интервала.

С точки зрения модификации материала, для повышения термостойкости и долгосрочной стабильности матричной смолы часто требуется использование антиоксидантов и фотостабилизаторов и других средств, чтобы замедлить термоксидное старение и ультрафиолетовое старение, что согласуется с широко используемой стратегией стабилизации в строительных материалах, таких как профили ПВХ. Для системы армирования стекловолокном температура стеклования матричной смолы, система отверждения и характеристики интерфейса совместно определяют пропускную способность при высоких температурах; В условиях наружного воздействия разумное сочетание фотостабилизаторов и антиоксидантов помогает поддерживать производительность матрицы и замедлять хрупкость и потерю прочности, вызванные старением. Используемый в исследовании процесс вакуумной заливки также предполагает, что влияние процесса обработки на проникновение волокон и пористость косвенно отражается на высокотемпературных механических проявлениях.

Кроме того, коэффициент температурного перехода CEN / TS 19101: 2022 по – прежнему работает разумно при более низкой доле объема волокна, обеспечивая стандартизированную ссылку на свойства материала при температурном уменьшении в инженерном проектировании. Для композитных компонентов в области строительства и домашней одежды, в сочетании с системой стабилизаторов и стандартизированным методом снижения температуры, ожидается, что при обеспечении запаса безопасности оптимизируется выбор материала. Следует отметить, что исследование является лабораторным испытанием стабильных условий, долгосрочные характеристики фактических строительных компонентов также зависят от таких факторов, как влажный и тепловой цикл, продолжительность нагрузки и ультрафиолетовое излучение, экстраполяция соответствующих выводов должна быть осторожной.

Источник: Mechanical Behaviour of Vacuum‐Infused GFRP Composites at Elevated Temperatures—Influence of Fibre Architecture， Обработано химикатами Herun.