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列车用玻璃纤维增强聚合物基复合材料的绝缘性能及阻燃性能研究

作　者: 于涛
导　师: 刘钧
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 玻璃纤维增强聚合物基复合材料绝缘性能介电强度阻燃性能氧指数
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

列车的高速化发展,对材料的安全性提出了越来越高的要求。玻璃纤维增强聚合物基复合材料具有优异的绝缘性能,能够用于列车绝缘部件的制备;且通过阻燃剂改性后能具有良好的阻燃性能,是列车用阻燃部件制备的理想材料。从原材料的选用、制备工艺及其参数的设定、服役工况的施加、环境老化的作用、阻燃剂的加入这五方面研究了复合材料绝缘性能,探索这五种因素对复合材料绝缘性能的影响规律。VIMP工艺制备的聚合物基(9001-I-1不饱和聚酯树脂,下同)复合材料相比手糊袋压工艺制备的复合材料介电强度高出19.23%。在湿热、盐雾及紫外老化初期,复合材料的介电强度下降速率较大,分别为0.39 KV/(mm·d)、0.56 KV/(mm·d)和0.43 KV/(mm·d)。在聚合物基体玻璃化转变温度处,复合材料介电强度下降速率最大,其值大于0.14 KV/(mm·℃)。拉应力会降低聚合物基体的绝缘性能,通过实验,提出并验证了聚合物基体的介电强度与拉应力呈′的负指数关系,当拉应力为聚合物基体拉伸强度的40%时,聚合物基体的介电强度下降了14.98%;但在复合材料中,界面性能是影响材料介电强度大小的关键因素,复合材料介电强度与拉应力不再遵循负指数关系,纵向及横向拉应力分别为纵向及拉伸强度的50%时,单向玻璃纤维增强复合材料介电强度分别下降了19.86%、12.59%。阻燃剂ATH(氢氧化铝)和DMMP(甲基膦酸二甲酯)都能提高聚合物基体及其复合材料的绝缘性能,DMMP只有在组分比小于10 phr时才能微量提高介电强度;且DMMP组分比为5 phr时介电强度提高最多,聚合物基体及复合材料的介电强度分别达到19.95 KV/mm和8.80 KV/mm;而ATH在组分比达到80 phr时还能起到增加介电强度的作用,且ATH组分比为60 phr时介电强度提高最多,聚合物基体及复合材料的介电强度分别达到28.85 KV/mm和9.25 KV/mm。此外,还研制出了一种既能满足复合材料VIMP制备工艺,又具有优良力学性能和阻燃性能的双组份阻燃配方,并研究了由该配方制备的复合材料介电强度在环境温度及湿热、盐雾、紫外老化作用下的变化规律。研究表明,以ATH和DMMP为阻燃添加剂,能够很好的满足VIMP工艺的要求,且其组分比分别为80、15 phr时,制备的复合材料力学性能最优,纵向拉伸强度和模量分别为584.35 MPa和304.39 GPa,纵向弯曲强度和模量分别为425.44 MPa和213.51 GPa,且具备优异的阻燃性能,氧指数为61.9%,超过国家一级阻燃标准45%的要求。

列车用玻璃纤维增强聚合物基复合材料的绝缘性能及阻燃性能研究

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