建筑高分子材料熱穩(wěn)定性效果分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了建筑高分子材料熱穩(wěn)定性效果分析范文，希望能給你帶來(lái)靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

摘要：針對(duì)建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土，基于有限元軟件進(jìn)行了熱穩(wěn)定性效果有限元分析。結(jié)果表明：隨著電流作用增大，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本熱應(yīng)力隨之增大，且熱應(yīng)力變化趨勢(shì)高度近似，因此熱膨脹阻礙效果顯著，熱應(yīng)力性能穩(wěn)定；相同升溫環(huán)境下，樹(shù)脂混凝土樣本在達(dá)到同等應(yīng)變時(shí)，纖維體積含量越大，則內(nèi)應(yīng)力越高；相同溫度下，樹(shù)脂混凝土樣本的纖維體積含量越高，則等效拉伸模量越高，且溫度上升時(shí)，不同纖維體積含量下等效拉伸模量呈現(xiàn)出了稍稍下降的態(tài)勢(shì)，可見(jiàn)樹(shù)脂混凝土的纖維體積含量與熱穩(wěn)定性息息相關(guān)，其直接影響著材料的熱穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：高分子材料；熱穩(wěn)定性；效果分析；有限元軟件

由于高分子材料結(jié)構(gòu)多元化，不同分子鏈結(jié)構(gòu)會(huì)為材料賦予多重功能性，且高分子材料可與無(wú)機(jī)、有機(jī)填料高度融合，以此生成功能化高分子復(fù)合材料，其生成成本低，可在力學(xué)、光學(xué)、介電、熱學(xué)、安全等多性能層面滿足建筑工程相關(guān)要求，并從外觀、功能等方面改善居住環(huán)境與建筑智能化水平[1]。而且隨著科學(xué)技術(shù)更新與進(jìn)步，人們對(duì)于建筑物的智能化要求不斷提高，對(duì)此將先進(jìn)高分子材料引進(jìn)于建筑工程已是必然趨勢(shì)。

1建筑高分子材料熱穩(wěn)定性效果有限元分析

1.1原料

本文以建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土為例進(jìn)行熱穩(wěn)定性效果有限元分析。樹(shù)脂混凝土由骨料、填料、粘結(jié)劑共同構(gòu)成[2]，以具備良好熱力性能的石英砂為骨料，以不同尺寸進(jìn)行石英砂劃分，劃分為7級(jí)，以替換樹(shù)脂混泥土的粗石粗骨料和細(xì)砂細(xì)骨料；以云母粉、石英粉、滑石粉、碳酸鈣粉為填料，云母粉作為填料可提高混凝土柔韌度；基于加工要求，環(huán)氧樹(shù)脂粘性需嚴(yán)格控制，所以選擇E50環(huán)氧樹(shù)脂，同時(shí)以T30、二縮水甘油醚為固化劑和稀釋劑，與環(huán)氧樹(shù)脂同步使用。選用顆粒尺寸為0.8~1.9mm、1.9~2.2mm、2.2~3.9mm的石英砂作為骨料，其配比具體分別為：砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比38.35%，砂子質(zhì)量為205g；砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比9.07%，砂子質(zhì)量為41g；砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比31.95%，砂子質(zhì)量為169g。同時(shí)添加66g云母粉作為填料，相應(yīng)適當(dāng)比例減少骨料65g，并加入樹(shù)脂粘結(jié)劑，即39g環(huán)氧樹(shù)脂、16g固化劑、13g稀釋劑。

1.2設(shè)備

以樹(shù)脂混凝土為建筑高分子材料，則材料受熱時(shí)的抗彎曲強(qiáng)度、熱膨脹性、抗壓性等都非常關(guān)鍵，需通過(guò)相關(guān)儀器進(jìn)行具體性能測(cè)試，具體即高分子材料電熱測(cè)試儀器、熱壓罐、火焰噴涂機(jī)、高分子材料切割機(jī)[3]。

1.3制備

建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土制備流程[4]具體如圖1所示。模具選用1.2L塑料燒杯，為便于成型之后脫模，可以提前鋪設(shè)塑料保鮮膜[5]。利用不同尺寸骨料配比，進(jìn)行骨料稱取，就顆粒直徑分別放置，充分且均勻混合，稱取環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑，根據(jù)需要比例混合之后作為樹(shù)脂粘結(jié)劑，與骨料混合物相混合；根據(jù)需要質(zhì)量添加云母粉填料，混合攪拌；倒進(jìn)模具中成型，并手動(dòng)搗實(shí)，基于36h常溫狀態(tài)之后，固化成型，然后脫模，生成建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土。通過(guò)高分子材料切割機(jī)切割樹(shù)脂混凝土為長(zhǎng)方體，以進(jìn)行熱穩(wěn)定性效果有限元分析。

1.4有限元分析

基于有限元軟件構(gòu)建建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土有限元模型[6]，邊界條件為于X、Y、Z軸等于0時(shí)對(duì)x方向、y方向、z方向自由度加以約束，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土有限元模型尺寸為30×30×90（mm）。在有限元軟件中輸入剪切松弛模量P級(jí)數(shù)擬合系數(shù)，從而模擬樹(shù)脂混凝土熱力學(xué)行為。

2分析結(jié)果

針對(duì)建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本，以有限元軟件分析電-熱-力性能和纖維體積量對(duì)于材料熱穩(wěn)定性的影響作用[7]，以獲取樹(shù)脂混凝土熱穩(wěn)定性效果分析結(jié)果。

2.1電-熱-力性能分析

由樹(shù)脂混凝土有限元模型一側(cè)分割0.6mm模型，以構(gòu)建30×30×0.6mm樹(shù)脂混凝土樣本三維模型，以此當(dāng)作應(yīng)力場(chǎng)分析模型[8]。通過(guò)建筑高分子材料電熱測(cè)試機(jī)進(jìn)行樣本電熱荷載相關(guān)信息采集，面向樣本施加3A、5A、7A電流，以測(cè)試不同電流作用下基于EF中線的熱應(yīng)力，結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3。由表1~表3可知，隨著電流強(qiáng)度增加，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本熱應(yīng)力也隨之增大，而且不同電流作用下，樹(shù)脂混凝土樣本熱應(yīng)力變化趨勢(shì)高度近似，由此可見(jiàn)，樹(shù)脂混凝土樣本熱膨脹阻礙效果顯著，熱應(yīng)力性能穩(wěn)定。

2.2熱穩(wěn)定性分析

為了研究建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本制備時(shí)，不同纖維體積含量對(duì)熱穩(wěn)定性所造成的影響[9]，測(cè)試了樹(shù)脂混凝土樣本在纖維體積含量分別為10%、20%、30%時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，相同升溫環(huán)境（-20~60℃）下，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本隨著自身纖維體積含量增多，其熱力學(xué)性能的變化可基于應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系得以切實(shí)反映，在達(dá)到同等應(yīng)變的時(shí)候，纖維體積含量越大，則內(nèi)應(yīng)力越高。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步測(cè)試升溫環(huán)境下，不同纖維體積含量的樹(shù)脂混凝土樣本基于不同溫度的等效拉伸模量[10]，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，在相同溫度條件下，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本的纖維體積含量與等效拉伸模量呈正相關(guān)關(guān)系，纖維體積含量越高，則等效拉伸模量越高，且在溫度上升時(shí)，不同纖維體積含量的樹(shù)脂混凝土樣本等效拉伸模量都呈現(xiàn)出了稍稍下降的態(tài)勢(shì)，但是纖維體積含量越高的樹(shù)脂混凝土樣本等效拉伸模量下降態(tài)勢(shì)越緩和。由此可知，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土的纖維體積含量與熱穩(wěn)定性息息相關(guān)，其直接影響著材料的熱穩(wěn)定性，二者之間表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。

3結(jié)論

本文針對(duì)建筑高分子材料進(jìn)行了熱穩(wěn)定性效果有限元分析，以樹(shù)脂混凝土樣本為載體，利用有限元軟件分析了材料電-熱-力性能，以及纖維體積含量對(duì)材料熱穩(wěn)定性的影響，得出結(jié)論：隨著電流作用增大，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本熱應(yīng)力也隨之增大，而且不同電流作用下，熱應(yīng)力變化趨勢(shì)高度近似，因此樹(shù)脂混凝土樣本熱膨脹阻礙效果顯著，熱應(yīng)力性能穩(wěn)定；相同升溫環(huán)境下，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本在達(dá)到同等應(yīng)變時(shí)，纖維體積含量越大，則內(nèi)應(yīng)力越高；在相同溫度下，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土樣本的纖維體積含量與等效拉伸模量呈正相關(guān)關(guān)系，且溫度上升時(shí)，不同纖維體積含量下等效拉伸模量都呈現(xiàn)出了稍稍下降的態(tài)勢(shì)，但是纖維體積含量越高的樣本等效拉伸模量下降態(tài)勢(shì)越緩和，由此可知，建筑高分子材料樹(shù)脂混凝土的纖維體積含量與熱穩(wěn)定性息息相關(guān)。

作者:孫培華 單位:陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院