同步熱分析儀用于分析樹脂復合材料

樹脂基復合材料

樹脂基復合材料（Resin Matrix Composite）也稱纖維增強塑料（Fiber Reinforced Plastics），是技術比較成熟且應用最為廣泛的一類復合材料。這種材料是用短切的或連續纖維及其織物增強熱固性或熱塑性樹脂基體，經復合而成。以玻璃纖維作為增強相的樹脂基復合材料在世界范圍內已形成了產業，在我國俗稱玻璃鋼。

樹脂基復合材料是由以有機聚合物為基體的纖維增強材料，通常使用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或者芳綸等纖維增強體。樹脂基復合材料在航空、汽車、海洋工業中有廣泛的應用。

對復合材料的研究發跡了僅僅采用玻璃纖維增強樹脂的局面，人們一方面不斷開辟玻纖-樹脂復合材料的新用途，同時也發現，這類復合材料的比剛度要求很高的技術的要求，因而開發了一批如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強材料，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體，制成先進復合材料（Advanced Composite Materials, 簡稱ACM）。這種先進復合材料具有比玻璃纖維復合材料更好的性能，是用于飛機、火箭、衛星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。

復合材料在這幾個飛行器上的成功應用，表明了復合材料的良好性能和技術的成熟，這對于復合材料在重要工程結構上的應用是一個極大的推動。

同步熱分析儀在同一次測量中利用同一樣品可同步得到熱重與差熱信息。當被測物質在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結晶水時，被測的物質質量就會發生變化。這時熱重曲線就不是直線而是有所下降。通過分析熱重曲線，就可以知道被測物質在多少度時產生變化，并且根據失重量，可以計算失去了多少物質。熱重分析通常可分為兩類：動態(升溫)和靜態(恒溫)。熱重法試驗得到的曲線稱為熱重曲線(TG曲線)，TG曲線以質量作縱坐標，從上向下表示質量減少；以溫度(或時間)作橫坐標，自左至右表示溫度(或時間)增加。

同步熱分析儀可應用于：同步測量熱重與差熱信息；廣泛應用于陶瓷、玻璃、金屬、礦物、催化劑、含能材料、塑膠高分子、涂料、醫藥、食品等各種領域。

物質受熱時發生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法所測的性質包括腐蝕，高溫分解，吸附/解吸附，溶劑的損耗，氧化/還原反應，水合/脫水，分解，黑煙末等，目前廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料與復合材料等各領域的研究開發、工藝優化與質量監控。

無機物、有機物及聚合物的熱分解；金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程；固態反應；礦物的煅燒和冶煉；液體的蒸餾和汽化；煤、石油和木材的熱解過程；含濕量、揮發物及灰分含量的測定；升華過程；脫水和吸濕；爆炸材料的研究；反應動力學的研究；發現新化合物；吸附和解吸；催化活度的測定；表面積的測定；氧化穩定性和還原穩定性的研究；反應機制的研究。

纖維增強樹脂基復合材料常用的樹脂為環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。常用的有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發生固化，形成不熔和不溶解的網狀交聯型高分子化合物，因此不能再生。復合材料的樹脂基體，以熱固性樹脂為主。早在40年代，在戰斗機、轟炸機上就開始采用玻璃纖維增強塑料作雷達罩。60年代美國在F—4、F—111等飛機上采用了硼纖維增強環氧樹脂作方向舵、水平安定面、機翼后緣、舵門等。在制造方面，50年代后期美國中程潛地“北極星A—2”第二級固體火箭發動機殼體上就采用了玻璃纖維增強環氧樹脂的纏繞制件，較鋼質殼體輕27%；后來采用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造“北極星A—3”，使殼體重量較鋼制殼體輕50%，從而使“北極星A—3”的射程由2700千米增加到4500千米。70年代后采用芳香聚酰胺纖維代替玻璃纖維增強環氧樹脂，強度又大幅度提高，而重量減輕。碳纖維增強環氧樹脂復合材料在飛機、衛星等結構上得到越來越廣泛的應用。

應用

環氧乙烯基酯樹脂在氯堿工業中，有著良好的應用。

氯堿工業是玻璃鋼作為耐腐材料最早的應用領域之一，目前玻璃鋼已成為氯堿工業的主要材料。玻璃鋼已用于各種管道系統、氣體鼓風機、熱交換器外殼、鹽水箱以至于泵、池、地坪、墻板、格柵、把手、欄桿等建筑結構上。同時，玻璃鋼也開始進入化工行業的各個領域。在造紙工業中的應用也在發展，造紙工業以木材為原料，造紙過程中需要酸、鹽、漂白劑等，對金屬有的腐蝕作用，唯有玻璃鋼材料能抵抗這類惡劣環境，玻璃鋼材料已、在一些國家的紙漿生產中顯現其優異的耐蝕性。

在金屬表面處理工業中的應用，則成為環氧乙烯基酯樹脂重要應用，金屬表面處理廠所使用的酸，大多為鹽酸、基本上用玻璃鋼是沒有問題的。環氧樹脂作為纖維增強復合材料進入化工防腐領域，是以環氧乙烯基酯樹脂形態出現的。它是雙酚A環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而制成，每噸需用環氧樹脂比例達50%，這類樹脂既保留了環氧樹脂基本性能，又有不飽和聚酯樹脂良好的工藝性能，所以大量運用在化工防腐領域。

其在化工領域的防腐主要包括：化工管道、貯罐內襯層；電解槽；地坪；電除霧器及廢氣脫硫裝置；海上平臺井架；防腐模塑格柵；閥門、三通連接件等。為了提高環氧乙烯基酯樹脂*的耐熱性、防腐蝕性和結構強度，樹脂還不斷進行改性，如酚醛、溴化、增韌等環氧乙烯基酯樹脂等品種，大量運用于大直徑風葉、磁懸浮軌道增強網、頭盔、光纜纖維牽引桿等。

剛度

 樹脂基復合材料的剛度特性由組分材料的性質、增強材料的取向和所占的體積分數決定。樹脂基復合材料的力學研究表明，對于宏觀均勻的樹脂基復合材料，彈性特性復合是一種混合效應，表現為各種形式的混合律，它是組分材料剛性在某種意義上的平均，界面缺陷對它作用不是明顯。

由于制造工藝、隨機因素的影響，在實際復合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續性，殘余應力、空隙、裂紋、界面結合不完善等都會影響到材料的彈性性能。此外，纖維（粒子）的外形、規整性、分布均勻性也會影響材料的彈性性能。但總體而言，樹脂基復合材料的剛度是相材料穩定的宏觀反映。

對于樹脂基復合材料的層合結構，基于單層的不同材質和性能及鋪層的方向可出現耦合變形，使得剛度分析變得復雜。另一方面，也可以通過對單層的彈性常數（包括彈性模量和泊松比）進行設計，進而選擇鋪層方向、層數及順序對層合結構的剛度進行設計，以適應不同場合的應用要求

強度

材料的強度首先和破壞聯系在一起。樹脂基復合材料的破壞是一個動態的過程，且破壞模式復雜。各組分性能對破壞的作用機理、各種缺陷對強度的影響，均有街于具體深入研究。   

樹脂基復合材強度的復合是一種協同效應，從組分材料的性能和樹脂基復合材料本身的細觀結構導出其強度性質。對于簡單的情形，即單向樹脂基復合材料的強度和破壞的細觀力學研究，還不夠成熟。 

單向樹脂基復合材料的軸向拉、壓強度不等，軸向壓縮問題比拉伸問題復雜。其破壞機理也與拉伸不同，它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲。實驗得知：單向樹脂基復合材料在軸向壓縮下，碳纖維是剪切破壞的；凱芙拉（Kevlar）纖維的破壞模式是扭結；玻璃纖維一般是彎曲破壞。 

單向樹脂基復合材料的橫向拉伸強度和壓縮強度也不同。實驗表明，橫向壓縮強度是橫向拉伸強度的4～7倍。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞，也可能伴隨有纖維橫向拉裂；橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致，大體沿45°斜面剪壞，有時伴隨界面破壞和纖維壓碎。單向樹脂基復合材料的面內剪切破壞是由基體和界面剪切所致，這些強度數值的估算都需依靠實驗。 

雜亂短纖維增強樹脂基復合材料盡管不具備單向樹脂基復合材料軸向上的高強度，但在橫向拉、壓性能方面要比單向樹脂基復合材料好得多，在破壞機理方面具有自己的特點：編織纖維增強樹脂基復合材料在力學處理上可近似看作兩層的層合材料，但在疲勞、損傷、破壞的微觀機理上要更加復雜。 

樹脂基復合材料強度性質的協同效應還表現在層合材料的層合效應及混雜復合材料的混雜效應上。在層合結構中，單層表現出來的潛在強度與單獨受力的強度不同，如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強度是其單層單獨實驗所得橫向拉伸強度的2～3倍；面內剪切強度也是如此，這一現象稱為層合效應。 

樹脂基復合材料強度問題的復雜性來自可能的各向異性和不規則的分布，諸如通常的環境效應，也來自上面提及的不同的破壞模式，而且同一材料在不同的條件和不同的環境下，斷裂有可能按不同的方式進行。這些包括基體和纖維（粒子）的結構的變化，例如由于局部的薄弱點、空穴、應力集中引起的效應。除此之外，界面粘結的性質和強弱、堆積的密集性、纖維的搭接、纖維末端的應力集中、裂縫增長的干擾以及塑性與彈性響應的差別等都有一定的影響。

同步熱分析儀

1、覆蓋-150至2000℃的寬廣的溫度范圍。

2、可以快速而深入地對材料的熱穩定性，分解行為，組分分析，相轉變，熔融過程等進行表征。

3、易于使用的頂部裝樣式系統，在保證高解析度情況下的寬廣的TG稱量范圍（35g），適用于分析各種類別的材料，包括大塊的非均勻物質。

4、可自由更換的DSC傳感器，擁有最高的靈敏度與最佳的重復性，用于反應／轉變溫度與熱焓，以及比熱的測量。

5、大量可選的增強配件，適應客戶廣泛而多樣化的需求。