聚乙烯管材专用料(PE-XRT70)应力松弛和蠕变行为

海洋油田的注水管道一般采用多层复合的结构设计,用于密封和防护的管道层多为高分子材料。注水海管设计寿命在25年以上,且内压密封层直接承受管道的内压和温度工况,经长时间的压缩应力作用会产生蠕变,同时,其特定部位受到恒定的压缩应变经历较长时间也会发生应力松弛。因此,研究这类高分子材料在长期应力应变下的蠕变和应力松弛行为规律对于评估注水软管内压密封层材料长期服役行为具有重要意义。本文针对聚乙烯（TOTAL PETROCHEMICALS的PE-XRT70）材料作为用于中国涠洲6-9/10油田海管工程注水复合管道内压密封层的特定工况—长期工作温度较高（75℃）,压力达到16.5MPa,通过对聚乙烯试样进行75℃,85℃,95℃,恒定应变10%和20%的应力松弛及75℃,16.5MPa恒定应力的蠕变实验,利用聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出该材料在特殊条件下的平移因子αT。建立了Maxwell多元件并联模型,对应力松弛及蠕变实验数据进行1stopt五参数拟合,得到预测材料实际工况温度下的应力松弛及蠕变行为的数学公式。根据聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出PE-XRT70管材压缩试样在特殊条件下的平移因子αT。结果表明,在应变量为10%时,85℃平移到75℃的平移因子是10.97,95℃平移75℃的平移因子是11.20。而在应变量为20%时,85℃平移75℃的平移因子是14.76,95℃平移75℃的平移因子是15.77。广义Maxwell模型及模拟曲线能很好地预测该材料的应力松弛和蠕变行为,相关系数R2的数值在0.975以上,通过这一数学模型可获得该材料在75℃下两种恒定应变中的平衡应力σ∞ 及75℃,16.5MPa恒定应力下的平衡应变。应力松弛实验和数学模拟表明,75℃温度下,10%和20%的恒定应变的应力松弛过程的平衡应力σ∞ 分别为3.983和7.505,且两种条件下应力松弛在一周后基本达到平衡应力。蠕变试验数据和数学模拟表明,75℃,16.5MPa压力下,PE-XRT70压缩试样的蠕变过程的平衡应变为31.479%,且在24小时之后的蠕变基本达到平衡。     

环氧形状记忆聚合物的热力学性能试验研究

针对目前关于形状记忆聚合物热力学性能研究不足,本文对一种新研制的环氧形状记忆聚合物开展了三类热力学试验。首先进行了SMP拉伸、弯曲、扭转形变下的形状记忆自由回复试验,测定了形状记忆固定率与回复率,均可达到99. 4%以上;采用热分析仪测定了材料-50℃～100℃的热膨胀应变随温度的关系,其值呈近似双线性,在玻璃转换点前后分别为4. 8×10~(-5)℃和2. 76×10~(-4)℃;最后进行了不同温度时的拉伸应力松弛试验及其不同加载速率拉伸试验,结果表明:在玻璃化转变温度附近,材料弹性模量与应力松弛现象发生明显的改变,形状记忆聚合物具有较强的时温相关非线性粘弹塑性力学行为特征。     

LCPU对UHMWPE流变性的影响

采用液晶聚氨酯(LCPU)改性超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE),提高UHMWPE熔体流动速率(MFR),并讨论了液晶聚氨酯和相容剂用量对UHMWPE的熔体流动速率的影响。结果表明,共混体系中,LCPU/相容剂质量比为5时,对UHM-WPE/LCPU的相容性改善效果最好,MFR高达4.0 g.10 min?1;LCPU/相容剂质量比固定后,UHMWPE/LCPU复合材料的MFR随着LCPU用量的增加呈现单调增大的趋势。由扫描电镜照片显示,在UHMWPE/LCPU复合材料破坏过程中,LCPU分子链(介晶单元)沿受力方向进行拉伸取向,原位生成长/径比较大的纤维,得到了原位增强复合材料。     

DD3单昌镍基超合金高温力学性能

采用扫描电镜研究了单昌镍基高温合金ＤＤ３的高温蠕变性能和低应变速率下的拉伸行为。结果表明，ＤＤ３合金表现出良好的蠕变强度和较高的蠕变寿命；伸过程中合金的屈服强度在室温至１０３３Ｋ之间保持不变，当温度大于１０３３Ｋ后，屈服强度显著降低。     

粘弹性橡胶材料滞后性的力学性能

针对粘弹性橡胶材料检测滞后性的问题,首先构建粘弹性橡胶材料的力学性能本构模型,得到该材料蠕变以及应力松弛过程中应力、应变及时间之间关系的数学表达式,再结合粘弹性橡胶材料制作的哑铃试件模型,利用COMSOL Multiphysics仿真软件仿真哑铃试件的蠕变以及应力松弛过程,得到哑铃试件各个状态下应力应变分布状况以及应力应变随时间的变化关系,最后根据蠕变与应力松弛过程中的稳定状态,提出粘弹性橡胶材料拉伸过程中滞后性表征函数。     

生丝和涤丝力学性能的比较

本文利用带有变形放大器的电位式伸长计,在DCS-500型万能材料试验机上,对生丝和涤纶丝进行了等加负荷(CRL)和等应变(CRE)一次拉伸断裂、多次拉伸、蠕变试验。并以常规的等速拉伸和应力松弛试验作对比。结果表明,CRL和CRE测试比等速伸长型测试准确,并认为涤纶的断裂强度、多次受力后的力学性能优于生丝,是较理想的仿真丝材料。     

聚丙烯在30℃下的应力松弛行为及其模型模拟分析

对全同聚丙烯(iPP)和无规共聚聚丙烯(PPR)在拉伸温度为30℃的应力松弛行为进行研究,不同结晶度的聚丙烯残余应力是不同的。采用广义七元件Maxwell模型对不同结晶度的iPP和PPR应力松弛行为进行模拟。由该模型建立了对应的方程,方程中的参数反映了聚合物的聚集态结构在应力松弛过程中的变化。结果表明,该模型能较好地描述应力松弛行为。模型中各参数的变化通过归一化处理进行分析。根据模型方程归一化参数的结果,发现材料的结晶结构在应力松弛过程中发生了变化。X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对结果进行了验证。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

聚丙烯/液晶/马来酸酐接枝聚丙烯复合材料的结构性能

选用液晶聚合物(LCP)对聚丙烯(PP)进行熔融共混,采用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)对PP/LCP复合材料进行改性,采用热分析(DSC)和电子扫描电镜(SEM)对复合材料结构与性能进行研究。研究发现:添加少量液晶对PP具有一定的增强和增韧作用,与纯PP相比,PP/LCP(100/10)拉伸强度和冲击强度分别提高了5.4%和21.3%;在PP-g-MAH接枝改性后,PP/LCP/PP-g-MAH(100/10/3)比PP/LCP(100/10)拉伸强度提高了18.5%,冲击强度提高了33.2%。增加LCP含量,提高了PP/LCP共混物中PP组分熔融温度,但是结晶度降低;加入少量的PP-g-MAH,提高了PP/LCP/PP-g-MAH共混物耐热温度和PP组分结晶度。SEM照片显示,加入液晶组分,有利于PP/LCP共混物形成取向结构;加入PP-g-MAH,有利于LCP形成取向微纤,改善制品的综合性能。     

交联环氧树脂热力学性能的分子模拟

为了更加真实、高效地模拟环氧树脂聚合物体系,通过分子动力学模拟的方法,研究了以双酚A二缩水甘油醚为环氧单体、间苯二胺为固化剂的环氧体系的动态交联过程.采用一种能够建立高交联度环氧树脂网络结构的算法,并对比了不同交联过程中能量的变化情况.通过记录退火过程中材料的温度-密度曲线,求得不同交联度下材料的玻璃转化温度T_g.采用了非稳态拉伸的方法获得材料应力-应变曲线,并对弹性阶段进行线性拟合进而求得拉伸弹性模量.模拟结果表明:在环氧树脂交联过程中,使用模拟退火方法能够比常规方法更快地达到更高的交联度,且分子结构更加松弛.随着交联度的升高,环氧树脂玻璃转化温度提高,最高玻璃转化温度出现在交联度为80%的体系中,约为431 K;环氧树脂拉伸弹性模量不受拉伸速率影响,但较大拉伸速率能够提高材料的屈服点,交联能够有效增强环氧树脂的力学性能;在玻璃转化温度前,随着温度的升高,交联环氧树脂的热导率降低,计算的热力学性能参数与现有理论和实验数据较吻合.     

环氧树脂改性聚乙烯材料的研究

用熔融共混方法,将环氧树脂和马来酸酐引入到聚乙烯（PE）中,制备出环氧树脂增强聚乙烯材料。力学性能测试表明,与纯聚乙烯相比,环氧树脂增强聚乙烯材料的弯曲强度有较大提高。红外光谱分析表明,在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中,环氧树脂与马来酸酐接枝PE发生了官能团之间的反应,促进环氧树脂对PE的增强效果。形态分析表明,聚乙烯中加入环氧树脂和其它助剂后,材料的内部形态结构发生了改变。     

Structural characteristics and properties of PU-modified TDE-85/MeTHPA epoxy resin

Diglycidyl-4,5-epoxycyclohexane-1,2-dicarboxylate (TDE-85)/methyl tetrahydro-phthalic anhydride (MeTHPA) epoxy resin was modified by polyurethane(PU), and its structural characteristics and properties were studied by infrared spectrum analysis (IR), scanning electronic microscopy (SEM), mechanics testing and thermogravimetric analysis (TG). The results indicate that epoxy polymeric network I and polyurethane polymeric network II are formed in the PU-modified TDE-85/MeTHPA epoxy resin. Meanwhile the PU-modified TDE-85/MeTHPA resins have heterogeneous structure. The miscibility between epoxy (EP) and polyurethane (PU) as well as the phase size are dominantly determined by the mass fraction of polyurethane prepolymer (PUP) in the EP/PU blends. With the increase of PUP mass fraction, the tensile strength, impact strength and thermal stability of the PU-modified TDE-85/MeTHPA epoxy resin all firstly exhibit increasing tendency, and decrease after successively reaching their maxima. When the number-average molecular mass of PPG is 1 000 and the mass fraction of PUP is 15%, the tensile strength, impact strength and thermal stability of materials obtained, compared with TDE-85/MeTHPA epoxy resin, are improved obviously.     

玄武岩纤维布增强环氧树脂复合材料研究

以玄武岩纤维平纹布 (BF) 加入到环氧树脂 (EP) 中,采用模压工艺制备BF／EP 复合材料,研究加入不同层数的玄武岩纤维布对复合材料力学性能和断裂韧性的影响。实验结果表明,BF/EP复合材料的弯曲强度、冲击强度和断裂韧性明显优于环氧树脂;与未加BF的环氧树脂相比,加入三层BF后复合材料的弯曲强度提高了2.76倍,缺口冲击强度提高了19.67倍,无缺口冲击强度提高了5.94倍,KIC提高了2.97倍。     

磷氮阻燃固化剂对环氧树脂阻燃性能的影响

为了提高环氧树脂固化体系的阻燃性能,以1,3-丙二胺(DPAN)和苯膦酰二氯(PPDC)为主要原料合成一种新型磷氮反应型阻燃固化剂(PPDPA),对合成化合物的组织结构和热性能进行了表征.以不同比例PPDPA为固化剂,制备一系列具有不同磷含量的阻燃环氧树脂,并对其进行热性能分析和阻燃性能测试.结果表明,添加PPDPA的环氧树脂体系的500 ℃残炭明显高于EP/DPAN体系,且残炭表面磷碳层具有明显的发泡现象.当磷的质量分数达到2.12%时,EP-2样品成功通过UL94 V-0阻燃等级测试,LOI值达到28.3%,PPDPA在环氧树脂材料中表现出了良好的阻燃性能.     

二氧化硅改性环氧树脂胶黏剂性能研究

采用聚氨酯增韧环氧树脂,并利用有机化的纳米SiO2为改性剂制备纳米改性环氧树脂胶黏剂.利用扫描电子显微镜( SEM)观察无机纳米粒子在聚合物基体中的分散性及复合材料的断面形貌,结果表明无机纳米粒子在复合材料中分散性良好,而且聚氨酯在环氧树脂基体中形成了“孔洞结构”.采用电子拉力机、TGA以及介电谱仪等方法测试了复合材料...     

液晶改性芳纶增强环氧树脂的相容性与力学性能

针对环氧树脂复合材料存在的应力开裂以及与基体界面相容性差等问题,采用液晶和离子单体对芳纶纤维进行改性,再与环氧树脂及固化剂按一定比例混合,制得液晶改性芳纶增强环氧树脂复合材料.正交试验结果表明,常温下固化20min,芳纶、环氧树脂与固化剂的质量比为0.07∶35∶11,复合材料的弯曲应力为445.6MPa,应变为0.975%,比水解芳纶增强环氧树脂复合材料、芳纶增强环氧树脂复合材料的弯曲应力分别提高了29%和33%.扫描电镜研究表明,复合材料中分散相在基体中的分散性较好,有良好的界面相容性,断面处的断裂方式由脆性断裂变为韧性断裂.红外光谱研究表明,加入液晶改性芳纶的复合材料出现了磺酸基团和氮氮双键的特征吸收峰.     

Preparation and characterization of carboxylterminated poly (butadiene-co-acrylonitrile) -epoxy resin prepolymers for fusion-bonded-epoxy powder coating

Liquid carboxyl-terminated poly(butadiene-co-acrylonitrile)(CTBN)-epoxy resin(EP) prepolymers were prepared with different contents of CTBN.The chemical reactions between EP and CTBN were characterized by Fourier ransform infrared(FTIR) spectroscopy and gel permeation chromatography(GPC).The scanning electron micrograph(SEM) and dynamic mechanical analysis(DMA) of curing films showed phase separation,and the rubber particles were finely dispersed in the epoxy matrix.Mechanical properties analysis of curing films showed that impact strength and elongation at break increased significantly upon the addition of CTBN,indicating good toughness of the modified epoxy resins.Thermogravimetric analysis(TGA) showed that the incorporation of CTBN had little effect on the thermal stability of EP.Fusion-bonded-epoxy(FBE) powder coatings modified with CTBN-EP prepolymers were prepared.The experimental results demonstrate the ability of CTBN-EP prepolymers,toughening technology to dramatically enhance the flexibility and impact resistance of FBE coatings without compromising other key properties such as corrosion protection.     

橡胶/粘土协同增韧环氧树脂的研究

采用橡胶/粘土协同增韧环氧树脂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对环氧树脂/橡胶/粘土复合材料的结构进行了研究,同时还研究了其力学性能.结果表明:纳米粘土和橡胶之间存在明显的协同增韧效应.从冲击断面的SEM分析可知,改性后的复合材料呈现明显的韧性断裂.XRD结果表明,粘土结构以插层结构为主,粘土片层间距由2.3nm增加到3.5nm以上.复合体系解决了单纯橡胶增韧环氧树脂时带来的强度和耐热性差的问题,使复合材料的力学性能和热性能均有一定的改善.     

双马来酰亚胺与环氧改性氰酸酯固化工艺研究

研究了双酚A型二氰酸酯树脂（BCE）与双马来酰亚胺树脂（BMI）、环氧树脂（EP）的共聚反应；通过差示扫描量热法（DSC）对其性能进行了研究和表征。实验发现，BMI与BCE的反应性不如EP与BCE的反应性好，故采用先使BMI与BCE反应，然后再加入EP的方法得到了较为良好的树脂浇铸体样品。用FTIR对树脂的固化进行跟踪分析。研究结果表明，体系的固化反应中包含BMI自聚合反应、BCE自聚合反应、BCE与BMI共聚反应、BCE与EP共聚反应等。