玻璃纤维/环氧树脂复合材料的火反应特性

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fengdl0040
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玻璃纤维/环氧树脂复合材料已被广泛应用于汽车、船舶、以及航空航天领域。根据其结构特性,可以将其分为层压结构以及夹层结构,纤维层压板以及泡沫夹层板是航空工业领域最常用的层压结构及夹层结构材料,然而,环氧树脂基质以及其泡沫芯材的高易燃性使其具有严重的火灾危险性,环氧树脂基体和泡沫芯材均是易燃的热固性材料,一旦发生火灾,将会造成人员伤亡和财产损失。因此,本文利用热重-差热同步分析仪、热重-红外光谱联用仪、锥形量热仪、垂直/水平燃烧测试仪、极限氧指数仪以及烟密度箱对玻璃纤维/环氧复合材料的火反应特性进行了研究。首先,本文对玻璃纤维/环氧复合材料的热解特性进行了研究,得到了玻璃纤维/环氧层压板以及其泡沫夹层板的热解特性参数,建立了热解动力学模型,运用Kissinger法计算得到其热解动力学参数,确定反应触发级别与反应速率,探究热解机理;基于动力学参数计算得到焓变,熵变与吉布斯自由能等热力学参数,确定反应能否自发进行。玻璃纤维/环氧层压板及其泡沫夹层板两种复合材料在热解特性上存在显著差异,泡沫夹层板具有较低的初始热解温度,在未达到环氧树脂的热解温度时会释放大量的氯化氢气体,这严重增加了其热解过程中的危害性。然后,本文对玻璃纤维/环氧复合材料的燃烧特性进行了研究,得到了玻璃纤维/环氧层压板以及其泡沫夹层板的燃烧特性参数(点燃时间,点燃温度,热释放速率,质量损失速率,火焰蔓延速率以及氧指数等)。建立了点燃时间模型,质量损失模型以及热释放速率预测模型,基于模型确定了临界热流,汽化热,燃烧热等火灾动力学参数。与玻璃纤维/环氧层压板相比,泡沫夹层板的点燃时间、点燃温度和极限氧指数要低得多,具有较高的总热释放,质量损失速率峰值和垂直/水平燃烧速率,达到质量损失速率峰值和热释放速率峰值的时间更短。最后,本文对玻璃纤维/环氧复合材料的烟气特性进行了研究,得到了玻璃纤维/环氧层压板以及其泡沫夹层板的烟气特性参数(产烟速率,总烟量,CO/CO2产生速率以及比光密度,透光率等)。根据烟密度数据得到了平均产烟速率,平均烟气积聚速率,烟气消光指数等典型烟密度参数,并进行了对比分析。这两种复合材料在烟气特性上存在显著差异,与玻璃纤维/环氧层压板相比,泡沫夹层板更早地释放大量烟气,总烟释放量更高,释放出的一氧化碳和二氧化碳更快,并形成更多的焦炭。
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