Nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu composite gia cố sợi thủy tinh ở nhiệt độ cao: cấu trúc lát sợi có ảnh hưởng đáng kể, cường độ nén giảm mạnh 80% ở 100 ° C

Bối cảnh nghiên cứu và phương án thử nghiệm

được công bố trên Fire and Materials, một nghiên cứu tập trung vào tính chất cơ học của vật liệu composite polymer gia cố sợi thủy tinh (GFRP) hút chân không trong môi trường nhiệt độ cao, tập trung vào tác động của cấu trúc lát sợi (fibre architecture). Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị các tấm laminate với ba cấu hình sợi: một chiều (UD), hai chiều 0 °/90 ° trực giao (BD) và ± 45 ° lệch góc (OA) và thử nghiệm độ bền và nén ở nhiều điểm nhiệt độ lên đến 300 ° C trong điều kiện trạng thái ổn định. Kết quả thử nghiệm cũng được phân tích chung với dữ liệu từ các tấm lát sợi đa trục (MA) trước đó.

Dữ liệu chính: Tính chất chi phối ma trận nhạy cảm hơn với nhiệt độ

Nghiên cứu xác nhận rằng các tính chất cơ học GFRP phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ, trong đó các tính chất chi phối ma trận bị ảnh hưởng nhiều hơn. Ở 100 ° C, cường độ nén đã giảm đáng kể, giảm khoảng 80%, do sự chuyển đổi thủy tinh hóa, đặc biệt là cấu hình một chiều. Ngược lại, độ bền kéo do sợi chiếm ưu thế, cũng như giảm mô đun kéo và nén, tương ứng khoảng 10%, 20% và 10% đối với cấu hình một chiều. Đối với cấu trúc sợi đa trục, hành vi của nó nằm giữa lát trực giao một chiều và hai chiều, làm nổi bật hơn nữa ảnh hưởng của cấu trúc lát sợi đối với hiệu suất nhiệt độ cao. Nghiên cứu cũng đánh giá khả năng mô phỏng kết quả thí nghiệm của các mô hình thực nghiệm và mô hình phân tích hiện tượng học được đề xuất trong tài liệu, phù hợp tổng thể. Cuối cùng, dữ liệu thực nghiệm được so sánh với yếu tố chuyển đổi nhiệt độ theo định hướng thiết kế được đề xuất bởi CEN/TS 19101: 2022, cho thấy yếu tố này vẫn cho phép giảm hiệu suất hợp lý khi phân số thể tích sợi định hướng tải thấp tới 20%.

Ý nghĩa đối với ngành công nghiệp phụ trợ polymer&vật liệu xây dựng

Nghiên cứu này mặc dù không trực tiếp liên quan đến công thức phụ trợ polymer, nhưng nó tiết lộ các đặc tính chi phối của ma trận trong quy luật suy giảm mạnh gần sự chuyển đổi thủy tinh, có giá trị tham khảo trực tiếp đối với thiết kế ổn định thời tiết của vật liệu composite và vật liệu polymer được sử dụng trong xây dựng và trang trí nhà. GFRP có thể chịu được sự dao động nhiệt độ trong một thời gian dài trong các tình huống như cấu trúc xây dựng, tấm tường bên ngoài, hồ sơ cửa sổ và cửa ra vào, hiệu suất nén lớn nhắc nhở thiết kế cần xem xét đầy đủ mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển đổi nhiệt của nhựa ma trận và khoảng nhiệt độ sử dụng. Từ quan điểm sửa đổi vật liệu, cải thiện khả năng chịu nhiệt và ổn định lâu dài của nhựa ma trận, thường cần phải trì hoãn quá trình lão hóa oxy nóng và lão hóa UV bằng cách sử dụng các chất chống oxy hóa và chất ổn định quang học, tương tự như PVC hồ sơ và các vật liệu xây dựng khác trong chiến lược ổn định thời tiết được sử dụng rộng rãi. Đối với hệ thống gia cố sợi thủy tinh, nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh của nhựa ma trận, hệ thống bảo dưỡng và hiệu suất giao diện cùng xác định khả năng chịu tải ở nhiệt độ cao; Trong môi trường tiếp xúc ngoài trời, sự kết hợp hợp lý giữa chất ổn định ánh sáng và chất chống oxy hóa giúp duy trì hiệu suất ma trận và làm chậm sự giòn và mất sức mạnh do lão hóa. Nghiên cứu sử dụng quá trình bơm chân không cũng gợi ý rằng ảnh hưởng của quá trình xử lý đối với sự xâm nhập của sợi và độ xốp sẽ được phản ánh gián tiếp trên các biểu hiện cơ học nhiệt độ cao. Ngoài ra, hệ số chuyển đổi nhiệt độ CEN/TS 19101: 2022 vẫn hoạt động hợp lý ở phân số thể tích sợi thấp hơn, cung cấp một tham chiếu tiêu chuẩn hóa để giảm tính chất vật liệu theo nhiệt độ trong thiết kế kỹ thuật. Đối với các thành phần vật liệu composite trong lĩnh vực xây dựng và trang trí nhà, kết hợp với hệ thống phụ trợ ổn định thời tiết và phương pháp giảm nhiệt độ được chuẩn hóa, hy vọng sẽ tối ưu hóa việc lựa chọn vật liệu trong khi đảm bảo biên độ an toàn. Điều quan trọng cần lưu ý là nghiên cứu này được thử nghiệm cho các điều kiện ổn định trong phòng thí nghiệm, hiệu suất lâu dài của các thành phần xây dựng thực tế cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như chu kỳ nhiệt ẩm, thời gian tải và chiếu xạ tia cực tím, ngoại suy của các kết luận liên quan cần thận trọng.

Nguồn:Mechanical Behaviour of Vacuum‐Infused GFRP Composites at Elevated Temperatures—Influence of Fibre Architecture， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.