2.中國商用飛機有限責任公司上海飛機制造有限公司.上海200436
摘要以碳纖維增強環氧樹脂基復合材料結構為研究對象。設計了含有預埋分層缺陷復合材料層合板的典型試件及壓縮實驗裝置。采用試驗與數值模擬相結合的方法。研究了分層缺陷位置、大小對結構壓縮強度的影響。研究結果表明。分層缺陷的位置會改變層合板的分層形式。且小尺寸分層缺陷對于層合板的壓縮強度幾乎無影響。此結論可為復合材料結構應用于飛機結構的設計和制造提供依據。
引言
復合材料已成為航空航天領域廣泛應用的材料之～.在B787和A350飛機上的用量比例均已超過50%。然而，復合材料結構與各向同性材料不同，復合材料結構具有層壓成型層合結構的特征，其層間強度低。因此，復合材料結構在服役或制造過程中以及外界環境作用下，極易產生界面脫膠、層間分層等損傷，特別是在受到外來物的橫向沖擊時，很容易使內部產生分層⋯。由于內部分層等損傷具有不可見性和難修補性，因此研究出現分層損傷后復合材料結構的剩余強度具有重要的理論和實踐意義口--4]。本文選取碳纖維增強環氧樹脂基復合材料為研究對象，通過預埋分層缺陷實現對分層損傷大小及位置的控制.采用試驗與數值模擬相結合的方法研究了分層損傷對結構壓縮強度的影響，研究結果可為復合材料結構應用于飛機結構設計和制造提供依據。
1 有限元數值模擬研究
本文研究基于Hashin關于纖維增強復合材料的失效起始判據的理論口-71，該理論包括纖維拉伸斷裂(式(1))、纖維壓縮屈曲(式(2))、基體在橫向拉伸和剪切下的斷裂(式(3))、基體在橫向壓縮和剪切下的壓潰(式(4))等失效模式分析。
摘要以一種傳統的雙酚A型環氧樹脂制備方法為基礎，合成了一種低黏度的雙酚A型酚醛環氧樹脂。在合成雙酚A型環氧樹脂的實驗過程中，n(BPA)：n(ECH)一5：1，醚化時間5h，閉環時間5h，得到的雙酚A型環氧樹脂色澤最淺，黏度較低適用于合成雙酚A酚醛環氧樹脂。實驗中以原料環氧氯丙烷為分散介質無外加溶劑，制備了具有低粘度，易于調配的雙酚A型酚醛環氧樹脂，此種樹脂性能優異，更適用于做復合材料特別是碳纖維預浸料生產的基體樹脂。
關鍵詞環氧樹脂，雙酚A型酚醛環氧，低黏度，環氧氯丙烷
環氧樹脂因其良好的粘接、耐腐蝕、電氣絕緣、高強度等性能而被應用到多種金屬與非金屬的粘接、耐腐蝕涂料、電氣絕緣材料、復合材料等的制造上，成為各工業領域中不可缺少的基礎材料[1]。碳纖維增強環氧樹脂材料作為一種重要的先進復合材料，在國防、航空航天等領域具有廣泛的應用[2]。在復合材料成型過程中，樹脂與纖維之間的浸潤性是影響復合材料最終使用性能的重要因素。通過選擇適當的稀釋劑來降低體系的黏度，提高樹脂的適用期[3‘5]。本研究合成了一種低黏度的雙酚A型酚醛環氧樹脂，實驗中以原料環氧氯丙烷為分散介質無外加溶劑，制備了具有低粘度，易于調配的雙酚A型環氧樹脂，此種樹脂性能優異，更適用于復合材料基體樹脂預浸料的調配，尤其是針對碳纖維預浸料生產所用的基體樹脂。
1 實驗部分
1.1主要試劑
環氧氯丙烷(ECH)，AR：上海凌峰化學試劑有限公司;雙酚A(BPA)，化學純：上海科豐化學試劑有限公司;四甲基溴化銨((CHs)。NBr)，AR：阿拉丁化學試劑有限公司;間苯二胺，AR：上海化學試劑采購供應五聯化工廠;乙酸，AR：中久科技(上海)有限公司;NaOH，AR：上海試四赫維化工有限公司;四乙基溴化銨((C2Hs)。NBr)，AR：上海潤捷化學試劑有限公司;結晶紫，AR：上海強順化學試劑有限公司;三氯甲烷(CHCh)、甲苯、乙酸酐、鄰苯二甲酸氫鉀(C8HsK04)、高氯酸，AR：國藥集團化學試劑有限公司。
1.2測試儀器
NDJ一8S數顯黏度計，上海方瑞儀器有限公司;460型傅里葉變換紅外光譜儀，美國Nicolet公司;515型凝膠滲透色譜儀(THF體系)，美國Waters公司。
1.3雙酚A型環氧樹脂的合成
將一定量的雙酚A加入到帶有電動攪拌、溫度計和回流冷凝管的四口燒瓶中，加入適量環氧氯丙烷，攪拌，加熱至40℃使雙酚A完全溶解，加入適量的四甲基溴化銨在80℃下醚化5h;然后降溫至50℃，滴加0.3tool的30%NaOH溶液，反應5h。反應結束后減壓回收過量的環氧氯丙烷，將反應液倒入潔凈的四口燒瓶，再加入適量的甲苯，升溫至65℃，攪拌使其充分溶解，再加入0.2mol的30%NaOH溶液，反應5h。
結束后，將燒瓶內液體用65℃去離子水洗滌調至中性，分出有機層，將其過濾至250ral具塞磨口瓶，往濾液中加適量無水硫酸鈉，加蓋靜置12h。濾除無水硫酸鈉，于92.5KPa，20～100"(2下進行減壓蒸餾，即可得到透明無雜質的雙酚A型環氧樹脂，反應式見圖1。
將上述的雙酚A型產物加入到帶有電動攪拌、溫度計和回流冷凝管的四口燒瓶中，加入適量環氧氯丙烷，攪拌，加熱至雙酚A型產物完全溶解，加人適量草酸，于70℃下滴加甲醛(每lOs加1滴)，于2h內完成;然后升溫，75～80℃，反應4h。反應結束后加入一定量的四甲基溴化銨，于80℃醚化3h。然后降溫至45℃滴加堿液，維持反應3h。反應結束后，將燒瓶內液體用65℃去離子水振蕩洗滌調至中性，分出有機層，將其過濾至250mL具塞磨口瓶，往濾液中加適量無水硫酸鈉，1h后濾除無水硫酸鈉，進行減壓蒸餾，即可得到透明無雜質的雙酚A型線性酚醛環氧樹脂，反應歷程見圖2。摘要】水泥基滲透結晶型防水材料與傳統的卷材和涂料防水的作用基理和施工工藝相比，有較大的差異，在施工技術方面有明顯的優勢在防水工程中應用越來越廣泛，本文結合工程實例，介紹水泥基滲透結晶型防水材料的優點及適用范圍、從表面處理、節點處理、材料配制、養護等方面論述了其施工要點，闡明了其適合于防水行業的發展，并具有綠色環保的性質。
【關鍵詞】：水泥基滲透結晶新型防水材料 研究 應用
鞍山市興盛家園DN6小區包括6}≠樓、7#樓兩棟建筑物，6#樓地下一層、地上15層、建筑面積5800平方米。7}}樓地下一層、地上21層、建筑面積9800平方米。其中地下室防水工程面積1900平方米，為優質高速地建好本工程，保證計劃工期的實現，確保工程質量，達到以科技刨效益的目的，在地下室防水層施工中，經設計同意，水泥基滲透結晶型防水材料。
1 水泥基滲透結晶型防水材料
1 1材料簡介
水泥基滲透結晶型防水材料(簡稱CCCW )主要以硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥、石英砂為基料，摻入活性化學物質制成的剛性防水材料。
1.2防水機理
水泥基滲透結晶型防水材料的防水機理主要是利用砼結構的多孔性，在水的作用下，防水涂料中含有的活性化學物質以水為載體，被帶入砼結構內部孔縫中，隨著水對砼結構毛孔的滲透與混凝土中的游離子交互反應生成不溶干水的結晶物，結晶物在砼結構孔縫中吸水膨脹，由疏至密，使混凝土結構表層向縱深處逐漸形成一個至密的抗滲區域，大大提高了結構整體的抗滲能力。
1 3適用范圍
主要應用于混凝土結構表面的防水施工，地下工程、水工工程的剛性防水，如建筑物地下室，隧道，游泳池，水壩等。既可用于迎水面，也可用于背水面。結構開裂、滲水點、孔洞的堵漏施工。
2工程實例
2.1工程簡介
市興盛家園DN6小區包括6#樓、7#樓兩棟建筑物，在地下室防水層施工中，采用水泥基滲透結晶型防水材料。
2 2施工工藝流程
施工準備一混凝土基面處理一充分濕潤基面一配料攪拌一涂刷水泥基滲透結晶型防水涂料一檢驗一養護一驗收
2.3施工準備
2 3 1技術;隹備：施工前組織施工人員充分熟悉施工圖紙，做好技術交底，重點部分交底嚴格按圖有序施工。
2 3.2 人員準備：根據施工面積和工期需要，;佳備充分的施工人員，并培訓合格后方可上崗。
2 3 3材料準備根據施工面積提出工程材料計劃，組織好材料采購及進場，做到材料供應及時，并按規定進行合理堆放、保管，保證工程的連續性。
2 3 4施工機具;隹備：施工所需的機具主要有手用鋼絲刷、高壓水槍、噴霧器具、鑿子、錘子、專用尼龍刷、半硬棕刷、計量水和料的器具、拌料器具、抹布、膠皮手套等。
2 3 5現場準備在涂刷之前，必須將基面上的漆、jEli、污穢、灰塵、水泥碴等附著物和松脫物去除干凈，并使施工面濕潤，但不能有積水現象。
2 4 4檢驗
2 4.4.1涂層施工完畢后，須檢查涂層是否均勻，如有不均勻處，須進行修補。
2 4.4.2涂層施工完畢后，須檢查涂層是否有暴皮現象，如有，暴皮部位需要清除，并進行基面再處理后，再次涂刷。
2 4.4.3涂層的返工處理.返工部位的基面，均需潮濕，如發現有干燥現象，則需噴灑水后再進行涂層的施工，但不能夠有明水出現。
2 4 5養護
2 4.5.1待表面涂層初凝達到足夠硬后，立即進行噴水養護，并保證涂層處于濕潤狀態，但不得用水浸泡養護。
2.4 5.2養護開始的1—2天內，每天向涂層噴水5—6次，并用濕草包覆蓋。在夏季，遇到炎熱氣候時，應增加噴水次數;在冬季，養護時應加蓋草簾防凍。
2.4.5.3涂層養護開始的兩晝夜內，應避免受到暴風、曝曬、雨淋以及負溫受凍。五天內避免行車，七天內不得長期浸水。
2 4 5.4對于回填土工程，應在涂層施工至少48，J~8,1-后進行，且回填材料應濕潤。
2 4 6驗收
2.4 6.1用觀察法檢查一涂層要涂刷均勻，不許有漏涂和漏底。
2 4 6 2按規定做好養護，保證養護時間、次數及使用霧水，同時養護期間不得有磕碰。
2 4 6.3涂層不得有起皮、剝落、裂紋等現象。
2 5質量保證措施
2 5 1建立健全質量保證體系，配置專職質量檢查人員，進行跟班質量檢查和隱蔽工程的檢查驗收，對特殊部位要認真檢查，防止漏做而留有滲漏隱患：施工過程中，不得踩塌損壞涂層。
2.5l2嚴格按照施工圖和建筑工程施工質量驗收規范進行施工。
2.5.3工程所用材料實行“雙控”。即必須有出廠合格證和復驗報告，嚴把質量關，不合格的材料禁止使用。
2 5 4嚴格計量管理制度，嚴格按照配合比進行準確計量，垮工時 拜I均勻仔細 不可鑄工減樹。
2 5l5施工前對施工人員進行培訓l，合格后方可上崗。
2 5 6 施工中責任到人，層層把關，上道工序不合格不得進入下道工序，以工序質量保證工程質量。
2.5 7做好成品保護工作，加強對水泥基滲透結晶型防水涂層的養護工作，保證工程質量。
2 6環境、職業健康安全保證措施
2 6 1施工現場應經常采取多種形式進行環保宣傳教育活動，提高職工的環保意識和法制觀念。
2 6 2施工中應加強對固體廢棄物的集中管理，避免對環境造成危害。
2 6 3 由于水泥基滲透結晶型防水涂料中的水泥成分具有高度的堿性，使用時不可直接接觸皮膚或眼睛，配料、拌和及施工時應配戴適當的手套和保護眼鏡。
2 6.4如果皮膚上粘有涂料漿液應：立即用清水沖洗即可。
2 6 5如果涂料漿液濺到眼睛里應先用凈水沖洗后，及時到醫院治療。
3.施工注意事項
3.1使用水泥基滲透結晶型防水材料的基面應干凈無浮層、舊涂膜、塵土污垢及其它雜物，以提供充分開放的毛細管系統，有利于水泥基滲透結晶型防水材料的滲透和結晶體的形成。
3 2對所有要涂刷水泥基滲透結晶型防水材料的混凝土，須仔細檢查是否有結構上的缺陷，如模板拉桿孔洞、裂縫、蜂窩麻面狀的劣質表面、坑洞、施工縫接口處的凹凸不平等，均應修鑿、清理，進行堵縫、補強、找平處理，再進行大面積涂刷。
3.3施工前必須用清水徹底濕潤工作面，形成內部飽和，以利于水泥基滲透結晶型防水材料借助水分向混凝土結構內部滲透。
3 4施工必須在混凝土結構或牢固的水泥砂漿基面上進行，不要直接用于粉灰層表面。
3 6要確保涂層厚度與施工推薦用量，尤其是采用涂刷方法施工時，漿料太稀或攪拌不勻，就容易起粉或起殼。
3 1 O避免直接與皮膚接觸，若需用手摻拌干粉或濕料時需戴膠皮J O
4結束語
在興盛家園地下室防水施工中，通過對每道工序、特別是每個防水薄弱部位的精心施工，確保了地下室防水質量。地下室防水工程施工至今，未發現一處滲漏水，防水效果良好。
3試驗結果與分析
圖3為缺陷位于上層、中層、下層以及不含缺陷試樣的位移一載荷曲線，每組試樣有4件分別為含不同缺陷尺寸的復合材料層合板。從圖中可以看出，在壓縮載荷作用下含不同尺寸缺陷的層合板路徑基本一致，載荷峰值差別較大，除不含缺陷試樣外，預埋缺陷位于中層的試樣載荷峰值最高，其次為上層，缺陷位于下層的試樣載荷峰值最低。從位移一載荷曲線圖可看出.分層缺陷會降低試樣的壓縮強度。
不同尺寸的分層缺陷對壓縮強度的影響不同，其載荷路徑有重合之處。圖4給出了不同尺寸不同位置的壓縮強度。
可以看出，對于含表層分層缺陷層合板，壓縮強度隨著缺陷尺寸的增大有減小的趨勢，較大分層缺陷尺寸(缺陷直徑大于9mm)對層合板的壓縮強度影響較明顯，而缺陷尺寸小于一定值時(缺陷直徑小于3mm)對層合板的壓縮強度影響不是很明顯，這時強度趨于無損強度;對于含中間分層缺陷層合板，壓縮強度受缺陷尺寸的影響不大。另外，從圖中還可以看出，同一缺陷大小同一位置的不同試樣，壓縮強度并不相同，離散性在11%～25%之間，這與試驗中存在不利于壓縮強。度測量的客觀因素有關，例如試樣的對中、夾具的變形、試樣的加工幾何精度、夾持力等。
圖5給出了含分層缺陷復合材料層合板壓縮損傷模式及局部放大圖，并對斷口進行電子顯微鏡觀察(圖6)。由圖可看出，分層缺陷會改變層合板的破壞模式，壓縮過程中，當壓力達到一定程度時.缺陷上表面材料鋪層“鼓起”，而相應的反面由于壓縮力矩的不平衡產生順勢彎曲失穩.致使層合板的破壞方向為向缺陷下表面微彎。
無預埋缺陷分層試樣的失效模式為層板整體欠穩引發層合板破壞，如罔7、岡8所示，上層預埋分層缺陷的試件在壓縮過程中表現為局部屈曲模態，局部屈曲強度只有其破壞強度的30%～60%，分層直徑增加.局部屈曲強度降低。局部屈ffn發生后，層合板尚可進一步承載，直至層合板失穩破壞。中間分層缺陷層合板壓縮損傷不m現局部分層屈曲，直接產生較大的響聲后發生整體壓縮破壞。 |
