涤纶增强FEVE建筑用膜结构材料的研发及力学性能研究

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建筑用膜结构材料是柔性复合材料的一种,通常是由纤维集合体作为增强体,由具有一定功能性的树脂作为基质通过复合工艺得到的。建筑用膜结构材料相比于传统的建筑材料具有轻质、抗震、造型灵活等优点。目前,PTFE(聚四氟乙烯)由于其优异的自清洁、耐老化性而被广泛使用。但是,PTFE膜材生产时的温度高达400℃,能耗较大,安全隐患较大,且增强体的选择受限。本课题使用FEVE氟树脂替换了PTFE,研发了FEVE/涤纶膜材,并对最终生产的材料进行了力学性能测试。主要内容如下:首先,本文选取有利于膜材实验室开发的高密度玻纤织物进行工艺探索,总结了5种试验过程中需要避免的问题;在此基础上,以高密度玻纤织物为增强体,通过正交试验设计的方法探索了固化温度、固化时间和涂覆层数三个工艺参数对材料拉伸和撕裂性能的影响,最终得到当固化温度为160℃,固化时间为4min,涂覆层数为3层时,膜材的拉伸和撕裂性能相对较为合适。其次,本文根据工厂的实际需求,采用密度为9*9的高强涤纶平纹机织布作为增强体,探索了固化温度和固化时间对材料拉伸和撕裂性能的影响,并得出当固化温度为160℃,固化温度为4min时材料具有较好的力学性能;并在树脂配方中加入氯化石蜡作为增塑剂,使最终膜材的脆性降低,有效提高了膜材的撕裂强度。再次,本文介绍了实际生产所使用FEVE树脂,并将FEVE/涤纶膜材实际生产分为前处理和涂层固化两个阶段,从而对整个膜材的生产工序进行了介绍。其中前处理阶段主要包括树脂的配置和织物的精炼与烘干,涂层固化则包括涂前准备,织物涂层,烘干固化和冷却收卷等四个部分。然后,本文针对膜材的实际使用条件,对FEVE/涤纶膜材的单轴向拉伸性能,偏轴向拉伸性能、循环载荷拉伸性能和应力松弛进行了测试和分析,并选用了相关模型进行拟合。最终得到FEVE/涤纶膜材为各向异性材料,其拉伸曲线可以分为三个阶段,使用分段函数能够较好的对曲线进行拟合;经循环作用后,材料的拉伸线性程度增加,但强力出现下降;使用广义三元件模型很好的拟合材料6个小时的应力松弛曲线。最终,总结了一些课题得出的结论,并提出了课题在研究上的不足和建议,希望对后续的研究提供参考。
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