原创《S型玻璃纤维复合材料的热性能》：这是一篇与玻璃纤维论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
摘 要：本文以高强玻璃纤维编织布（S玻璃）为试验对象,利用热重差热分析仪对其热性能进行分析,做到出该材料的差热和热重曲线.通过分析曲线做到到其热解温度范围,对消防安全、材料等领域具有一定的指导意义.
关键词：玻璃纤维；DTA曲线；TG（DTG）曲线
1 研究背景
随着科技的发展,玻璃纤维复合材料已成为建筑、交通、电子、化工、环境保护、国防等行业必不可少的原材料.与传统有机纤维材料相比,该材料具有抗腐,隔热、隔音性好,抗拉强度高,电绝缘性好等特点,具有非常重要的研究意义.
1.1 玻璃纤维复合材料分类
依照玻璃纤维中的碱金属氧化物含量,通常分为无碱、中碱、高碱、耐碱、高强玻璃纤维等.其中,高强玻璃纤维又称S玻璃.这类玻璃纤维的拉伸强度高,弹性模量大,高温下拥有良好的强度保留率和疲劳强度,多用于制造复合材料高压容器.本文所讨论的玻璃纤维复合材料热性能是基于S高强玻璃纤维进行的.
1.2 国内外研究现状
目前国内外对于玻璃纤维的研究虽有很多,但大都集中于对玻璃纤维力学性能和制备工艺技术改良的研究,而对玻璃纤维热性能的研究还存在很多空白.玻璃纤维作为在建筑、桥梁、航空等重要领域中使用的复合材料,其热性能不容忽视.
1.3 本文研究内容
本文主要对S型玻璃纤维复合材料的热性能进行研究,利用岛津DTG60（H）差热热重同步分析仪对其热解性能进行分析,做到到其差热热重曲线,并分析其在不同温度范围下,样本重量的变化情况.
2 试验部分
2.1 试验原理
TG与DTA的测量都需要热天平,热天平将电路和天平连接起来,通过控温仪使加热电炉按一定的升温速率升温（或恒温）.当被测试样发生质量变化时,光电传感器能够将质量变化直接转化为电讯号,其变化信息通过记录仪描绘出热重（TG）曲线.
2.2 样本制备
将试验样品磨成粉末状,用500目（直径）的筛子筛选.试样质量为20.853mg.初始温度为26.03℃,升温速率为10℃/min,温度范围：25～800℃,气体介质为空气.
样本的DTA、TG、DTG曲线图
3 结果分析
3.1 差热分析法
差热分析法（DTA）是在程序控制温度下,测量试样与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术.通过分析差热曲线峰值,判定物质的吸放热.降低表现为吸热反应,升高表现为放热反应.
上图左为玻璃纤维复合材料的DTA曲线,热解过程共出现一个吸热峰和三个放热峰.当温升至300℃左右到达第一个放热峰,由于环氧树脂中的环氧基性质活泼,使做到样本中的基体首先分解并放出热量.[1]温升至400℃左右时,环氧树脂剧烈燃烧,产生大量的可燃性气体,使玻璃纤维增强体达到软化温度,由固态经液态向气态转变.因此吸收热量,出现峰面积较小的吸热峰.温升至450℃到达第二个放热峰,环氧树脂继续分解放热.温升至550℃左右时到达第三个放热峰,环氧树脂基本完全分解,玻璃纤维达到分解温度开始分解.
3.2 热重分析法
热重分析法是样品在指定的升温速率下,研究其重量减少速率的一种分析方法.这种重量与温度变化关系的曲线称之为TG曲线.除此之外还可以绘出TG曲线的一次微分曲线即DTG曲线,通过分析DTG曲线图像,能更直观的找到质量与温度之间的变化规律.
3.2.1 TG曲线分析
图一中为玻璃纤维复合材料的TG曲线,由图可知TG曲线总体呈现下降趋势,共有三个失重阶段.在初始阶段室温～150℃之间以及加热后期650～800℃,试样质量减少不明显.当积聚的质量变化达到起始温度200℃,此后温度逐渐升高热量积聚,约在250℃时达到失重前基线的延长线与TG曲线拐点处切线的交点所对应的温度,即起始外推温度.由于基体中的环氧基性质活泼,因此从起始外推温度开始,环氧树脂开始热分解.而后温升至350～450℃,环氧树脂热分解速率加快,质量迅速减少.温度升至450～600℃,玻璃纤维开始分解,试样质量再次减少.随后温升至终止外推温度650℃时,试样质量变化趋于零.
3.2.2 DTG曲线分析
图一右为样本的DTG曲线.曲线上的峰值为失重速率最大值点,与TG曲线的拐点相对应.DTG曲线上的峰数与热重曲线的阶数相等,DTG曲线峰面积与试样的质量损失成正比,峰面积越大质量损失越多.由图象可知,DTG曲线出现三个波峰.由此推断样本的失重有三个阶段.当温升至300℃左右时,出现首峰.第一失重阶段为环氧树脂的热分解,这是因为环氧树脂的结构中有极为活泼的环氧基存在.当温升至350450℃之间时,主峰出现,峰形尖锐,到达第二失重阶段,此时为环氧树脂的剧烈热分解阶段,双酚A型环氧树脂的分子结构决定了其耐热性能较差.[2]当温升至550℃,玻璃纤维开始分解,此为第三失重阶段.此后温度继续上升,热分解基本结束.
4 结论
S型高强玻璃纤维的热解过程主要分为三个阶段,第一阶段在（250350℃）、第二階段在（350450℃）、第三阶段在（450600℃）.材料在第二阶段内的失重速率最快.第一与第二阶段,双酚A型环氧树脂作为主要热解物,第三阶段玻璃纤维为主要热解物,整个失重阶段变化幅度较大.
参考文献：
[1]陈镜泓.热分析及其应用[M].北京：科学出版社,1985.
[2]王德中.环氧树脂生产与应用[M].北京：化学工业出版社,2001,6.
作者简介：张家辉（1993）,男,辽宁辽阳人,研究生在读,研究方向：安全科学与工程.
玻璃纤维论文参考资料：
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