PVC压延类柔性复合材料的粘弹性力学性能研究

论文摘要

PVC压延柔性复合材料作为一种新型的复合材料近年来在篷盖、广告灯箱布、水池布、以及土工膜等领域得到了大量的应用，并且有着很好的前景。本文主要通过静态法研究其粘弹性力学性能。本课题在研究过程中，采集了五种相同材料但不同的织物密度，不同的织物结构的试验试样。本文除了测试各个试样的单位面积质量、密度、厚度等参数指标外，主要对它们的拉伸断裂性能、应力松弛性能、蠕变性能进行测试，并对试验数据进行必要的比较和分析，且通过模型拟合进一步证实材料的非线性粘弹性属性范畴并进行了松弛模量与蠕变柔量的转换研究。首先，本文对五种柔性复合材料进行拉伸试验，对试验数据进行分析与比较，并总结了影响材料拉伸断裂性能的多个因素，最后得出结论。压延复合工艺对于材料的拉伸断裂强力有着较为显著的影响，增强织物的密度以及涂层膜的厚度对于最终的复合材料的强力影响也较为明显；由经编衬经衬纬双轴向织物增强的柔性复合材料由于经纱和衬纬纱本身的伸直平行程度较高，使得纱线的强力利用率得到明显提高。由不同拉伸速度的拉伸断裂试验得出拉伸速度对于柔性复合材料的应力-应变关系曲线影响有一定的影响。其次，本文又对五种柔性复合材料进行了应力松弛试验，并通过作图、分析、对比研究得出结论。PVC压延柔性复合材料的应力松弛特性符合一般粘弹性材料的特征，随着定伸长的增大，松弛应力增大，应力松弛率降低，相应的应力松弛现象发生的容易程度降低。而几种试样的比较中发现，折合成单位密度的应力松弛率，经编衬经衬纬织物增强的柔性复合材料的应力松弛率明显高于其他织物增强的柔性复合材料。再次，本文测试了两种柔性复合材料的蠕变性能，通过对比分析，总结出影响蠕变性能的主要因素。主要是压延过程中的定形张力和温度的影响，有定形张力的比没有施加定形张力的柔性复合材料抗蠕变性能要好。增强织物的密度和与PVC的配比关系也是重要的影响因素。另外，外加负荷对于材料的蠕变影响较大，外在的负荷越大，材料产生的蠕变变形也相应越大，但并非成比例增长。然后，本文通过假定欧林模型为理想的力学模型，对几种材料的7小时的应力松弛曲线和蠕变曲线分别进行了拟合，拟合结果均较为成功。表明在104s内，欧林模型能够较好得作为这类柔性复合材料的粘弹性理论力学模型。从而进一步证明了这些柔性复合材料属于非线性粘弹性的范畴。此外，本文还对于松弛模量和蠕变柔量的转换进行了初步探讨，为要求不太精确时的转换提供了一种便捷的方法。最后，本文指出了本课题中的一些不足之处，为今后的进一步研究提出了一些建议，希望今后在此方向有更大突破。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 压延类柔性复合材料的构成及特点
• 1.1.1 压延工艺
• 1.1.2 基质原料介绍
• 1.1.3 纺织结构增强体
• 1.2 压延类柔性复合材料的应用概况
• 1.2.1 篷盖类应用
• 1.2.2 膜结构
• 1.2.3 广告灯箱布
• 1.2.4 充气结构
• 1.2.5 防渗土工布
• 1.3 粘弹性力学性能的研究
• 1.3.1 纤维和PVC高聚物的粘弹性力学现象
• 1.3.2 粘弹性的测量
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本课题的意义
• 第二章 基础实验和拉伸断裂力学性能
• 2.1 基础实验
• 2.1.1 柔性复合材料的试样说明
• 2.1.2 单位面积质量的测量
• 2.1.3 厚度的测量
• 2.1.4 密度的测量
• 2.2 断裂强力和断裂伸长率的测试
• 2.2.1 试验部分
• 2.2.2 测试结果
• 2.2.3 试验分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 柔性复合材料的应力松弛性能
• 3.1 应力松弛现象及其机理
• 3.2 应力松弛试验方法
• 3.3 应力松弛性能对比研究
• 3.3.1 不同加载速度对应力松弛的影响
• 3.3.2 同一定伸长下不同增强结构复合材料的松弛性能
• 3.3.3 同一复合材料不同伸长率下的对比
• 3.3.4 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 压延类柔性复合材料的蠕变性能研究
• 4.1 柔性复合材料的蠕变现象、机理及影响因素
• 4.1.1 蠕变的定义和机理
• 4.1.2 蠕变性能的表征
• 4.1.3 压延类柔性复合材料的蠕变影响因素
• 4.2 常温长期蠕变的试验方法和试验分析
• 4.2.1 常温长时间蠕变测量方法介绍
• 4.2.2 同种柔性复合材料在不同拉伸应力下的对比
• 4.2.3 同一应力比例下不同柔性复合材料的性能对比
• 4.2.4 同一应力水平下同种材料的经纬向的蠕变性能对比
• 4.2.5 小结
• 4.3 较高负荷下的短时间蠕变
• 4.3.1 短时间蠕变的测量方法
• 4.3.2 试验数据分析
• 4.3.4 小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 粘弹性力学理论模型及试验数据的拟合
• 5.1 粘弹性力学理论模型
• 5.1.1 线形粘弹性理论模型
• 5.1.2 非线性粘弹性理论模型
• 5.1.3 欧林模型在应力松弛中的应用
• 5.1.4 欧林模型在蠕变中的应用
• 5.2 采用MATLAB和应力松弛数据拟合模型
• 5.2.1 应力松弛试验拟合模型
• 5.2.2 拟合参数分析
• 5.2.3 小结
• 5.3 采用MATLAB和蠕变数据拟合模型
• 5.3.1 蠕变试验拟合模型
• 5.3.2 拟合参数分析
• 5.3.3 小结
• 5.4 本章结论
• 第六章 松弛与蠕变的转换关系研究
• 6.1 研究目的
• 6.2 转换方法介绍
• 6.3 应用试验数据验证
• 6.3.1 松弛模量转换为蠕变柔量
• 6.3.2 分析
• 6.4 结论
• 第七章 结论与课题展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢