光弹塑性材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种光弹塑性材料及制备方法，属于材料领域。包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝80-100∶24-60∶32-80。本发明可以用来模拟在小弹塑性变形下，一些复杂构件的受力状态分析，如研究构件(如钢轨、钢板)矫直过程中的残余应力研究等，光弹塑性法显出了极大的优越性，不但有效、方便，而且也是最经济的方法。原有的光弹技术缺陷织只局限于加载过程应力、应变的研究，不能研究卸载后的应力、应变状态。采用本发明光弹塑性材料在数码光弹仪上加载获取等色线后卸载，观察卸载后光弹塑性材料中条纹数的变化情况，该材料能够使研究构件残余应力随时间变化且保留15分钟。

权利要求

1.光弹塑性材料的制备方法，其特征在于：包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁酯＝80-100∶24-60∶32-80，环氧树脂为双酚A与环氧氯丙烯的低分子量聚合物；

制备方法如下：(1)将上述环氧树脂倒入烧杯中，然后连同烧杯放进100℃的水浴锅中煮沸40-60分钟，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子；

(2)将水浴锅内水温降温到50～60℃，在水浴后的环氧树脂中加入顺丁烯二酸酐固化剂，并沿一个方向均匀搅拌20-30分钟，制成均匀混合溶液A；

(3)取上述邻苯二甲酸二丁酯增塑剂倒入烧杯，在电炉子上水浴加热至固化剂完全融化，温度控制在80℃-95℃，制成溶液B；

(4)将步骤(2)的溶液A与步骤(3)的溶液B进行混合，制成C溶液，在C溶液中加入N，N-二甲基苯胺催化剂，催化剂的加入量为C溶液总重量的0.5-1.0％，加入时边倒边沿一个方向均匀搅拌，温度控制在50～60℃之间，搅拌20-30分钟后，制成D溶液，将D溶液倒入模具，放入恒温在40-65℃的烘箱中，静放40-60分钟，待没有气泡时，进行浇铸；

(5)浇铸完成后，把模具放进烘干箱内恒温在42～44℃进行第一次固化处理，固化时间48-72小时，待模型完全胶凝后脱模，再进行第二次120℃的固化处理，固化时间10-15小时，得到成品材料。

(6)将成品材料进行机加工，在光弹仪上观察是否有初应力，如果有初应力要进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的光弹塑性材料的制备方法，其特征在于：包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁酯＝100∶30-50∶40-70。

3.根据权利要求1所述的光弹塑性材料的制备方法，其特征在于：包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁酯＝80∶24-48∶32-64。

说明书

光弹塑性材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光弹塑性材料及制备方法，特点是涉及一种在小弹塑变形条件下构件残余应力的光弹塑性材料，属于材料领域。

背景技术

[0002] 光弹性法获得结构物的各种力学量是工程技术中的基本问题，虽然在工程力学中已经建立了一系列理论分析的方法，但是在很多高新技术领域中所需用的结构物，几何形状特别复杂，载荷情况和工作环境(高温、高压、地下、液中、强磁场、强辐射、动态等)也越来越多样，致使理论分析十分困难；因此，采用实验的办法就显得尤为重要，甚至是唯一的手段了。该方法适用于弹性变形条件下，构件卸载后应力-应变状态随即消失。

[0003] 光塑性法是建立在经典光弹性概念基础上，应用合适的聚合物材料制作模型进行实验，以确定原型结构的弹塑性应力、应变状态的实验方法，根据研究对象和变形程度的不同，光塑性主要是研究结构在大塑性变形下，卸载后的残余应变状态的光塑性法。

[0004] 由于光弹性法的局限性以及工程实际存在大量的弹塑性和大塑性变形问题，因而光塑性法具有直观、方便、经济等优点的光塑性法近年来受到了极大重视，取得了较快发展。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种在小弹塑变形条件下，可用于研究构件残余应力，并且卸载后仍然保留应力、应变状态的光弹塑性材料及制备方法。

[0006] 技术解决方案：本发明包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝80-100∶24-60∶32-80；

[0007] 制备方法如下：(1)将上述环氧树脂倒入烧杯中，然后连同烧杯放进100℃-120℃的水浴锅中煮沸40-60分钟，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子；

[0008] (2)将水浴锅内水温降温到50～60℃，在水浴后的环氧树脂中加入顺丁烯二酸酐固化剂，并沿一个方向均匀搅拌20-30分钟，制成均匀混合溶液A；

[0009] (3)取上述邻苯二甲酸二丁脂增塑剂倒入烧杯，在电炉子上水浴加热至固化剂完全融化，温度控制在80℃-95℃，制成溶液B；

[0010] (4)将步骤(2)的溶液A与步骤(3)的溶液B进行混合，制成C溶液，在C溶液中加入N-N-二甲基苯胺催化剂，催化剂的加入量为C溶液总重量的0.5-1.0％，加入时边倒边沿一个方向均匀搅拌，温度控制在50～60℃之间，搅拌20-30分钟后，制成D溶液，将D溶液倒入模具，放入恒温在40-65℃的烘箱中，静放40-60分钟，待没有气泡时，进行浇铸；

[0011] (5)浇铸完成后，把模具放进烘干箱内恒温在42～44℃进行第一次固化处理，固化时间48-72小时，待模型完全胶凝后脱模，再进行第二次120℃的固化处理，固化时间10-15小时，得到成品材料。

[0012] (6)将成品材料进行机加工，在光弹仪上观察是否有初应力，如果有初应力要进行退火处理。

[0013] 本发明包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝100∶30-50∶40-70。

[0014] 本发明包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝80∶24-48∶32-64。

[0015] 环氧树脂为双酚A与环氧氯丙烯的低分子量聚合物。

[0016] 本发明就是基于光弹法和光塑性法两种方法之间，主要用于是研究结构在小弹塑性变形下，卸载后仍然保留应力、应变状态的光弹塑性法，通过改变光弹性材料的配比，制备了光弹塑性应力材料。实验结果表明：利用光弹塑性法可以用来模拟在小弹塑性变形下，一些复杂构件的受力状态分析，如研究构件(如钢轨、钢板)矫直过程中的残余应力研究等，光弹塑性法显出了极大的优越性，不但有效、方便，而且也是最经济的方法。原有的光弹技术缺陷织只局限于加载过程应力、应变的研究，不能研究卸载后的应力、应变状态。采用本发明光弹塑性材料在数码光弹仪上加载获取等色线后卸载，观察卸载后光弹塑性材料中条纹数的变化情况，该材料能够使研究构件残余应力随时间变化且至少保留15分钟。

附图说明

[0017] 图1本发明为光弹塑性材料圆盘在不同受力条件下的等色线条纹图；

[0018] 图2本发明光弹塑性材料圆盘在不同受力条件下的等差线条纹图；

[0019] 图3为本发明光弹塑性材料卸载之后每隔一分钟的等色线图；

[0020] 图4为本发明的固化图；

[0021] 图5为本发明退火曲线图。

具体实施方式

[0022] 实施例1

[0023] 本发明包括下列原料的质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝100∶30∶40；环氧树脂为双酚A与环氧氯丙烯的低分子量聚合物。

[0024] 制备方法如下：(1)将上述100克环氧树脂倒入烧杯中，然后连同烧杯放进100℃的水浴锅中煮沸50分钟，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子；

[0025] (2)将水浴锅内水温降温到55℃，在水浴后的环氧树脂中加入30克顺丁烯二酸酐固化剂，并沿一个方向均匀搅拌20-分钟，制成均匀混合溶液A；

[0026] (3)取上述40克邻苯二甲酸二丁脂增塑剂倒入烧杯，在电炉子上水浴加热至增塑剂完全融化，温度控制在85℃，制成溶液B；

[0027] (4)将步骤(2)的溶液A与步骤(3)溶液B的进行混合，制成C溶液，在C溶液中加入0.2克N-N-二甲基苯胺催化剂，边倒边沿一个方向均匀搅拌，温度控制在52℃之间，搅拌20分钟后，制成D溶液，将D溶液倒入模具，放入恒温在42℃的烘箱中，静放40分钟，待没有气泡时，进行浇铸；

[0028] (5)浇铸完成后，把模具放进烘干箱内恒温在42℃进行第一次固化处理，固化时间50小时，待模型完全胶凝后脱模，再进行第二次120℃的固化处理，固化时间12小时，得到成品材料。

[0029] (6)将成品材料进行机加工，在光弹仪上观察是否有初应力，如果有初应力要进行退火处理。

[0030] 光弹塑性材料在数码光弹仪上加载获取等色线后卸载，观察卸载后光弹塑性材料中条纹数的变化情况，该材料能够使研究构件残余应力随时间变化且保留15分钟。

[0031] 实施例2

[0032] 本发明包括下列原料环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂，原料的质量比为环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝90∶50∶60；其中：环氧树脂为双酚A与环氧氯丙烯的低分子量聚合物。

[0033] 制备方法如下：(1)将上述90克环氧树脂倒入烧杯中，然后连同烧杯放进100℃的水浴锅中煮沸50分钟，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子；

[0034] (2)将水浴锅内水温降温到55℃，在水浴后的环氧树脂中加入50克顺丁烯二酸酐固化剂，并沿一个方向均匀搅拌20分钟，制成均匀混合溶液A；

[0035] (3)取上述60克邻苯二甲酸二丁脂增塑剂倒入烧杯，在电炉子上水浴加热至增塑剂完全融化，温度控制在75℃，制成溶液B；

[0036] (4)将步骤(2)的溶液A与步骤(3)溶液B的进行混合，制成C溶液，在C溶液中加入0.1克N-N-二甲基苯胺催化剂，边倒边沿一个方向均匀搅拌，温度控制在52℃之间，搅拌20分钟后，制成D溶液，将D溶液倒入模具，放入恒温在42℃的烘箱中，静放40分钟，待没有气泡时，进行浇铸；

[0037] (5)浇铸完成后，把模具放进烘干箱内恒温在42℃进行第一次固化处理，固化时间50小时，待模型完全胶凝后脱模，再进行第二次120℃的固化处理，固化时间12小时，得到成品材料。

[0038] (6)将成品材料进行机加工，在光弹仪上观察是否有初应力，如果有初应力要进行退火处理。

[0039] 光弹塑性材料在数码光弹仪上加载获取等色线后卸载，观察卸载后光弹塑性材料中条纹数的变化情况，该材料能够使研究构件残余应力随时间变化且保留15分钟。

[0040] 实施例3

[0041] 本发明包括下列原料质量比：环氧树脂∶顺丁烯二酸酐∶邻苯二甲酸二丁脂＝80∶40∶50；其中：环氧树脂为双酚A与环氧氯丙烯的低分子量聚合物。

[0042] 制备方法如下：(1)将上述80克环氧树脂倒入烧杯中，然后连同烧杯放进100℃的水浴锅中煮沸50分钟，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子；

[0043] (2)将水浴锅内水温降温到55℃，在水浴后的环氧树脂中加入40克顺丁烯二酸酐固化剂，并沿一个方向均匀搅拌20分钟，制成均匀混合溶液A；

[0044] (3)取上述50克邻苯二甲酸二丁脂增塑剂倒入烧杯，在电炉子上水浴加热至增塑剂完全融化，温度控制在75℃，制成溶液B；

[0045] (4)将步骤(2)的溶液A与步骤(3)溶液B的进行混合，制成C溶液，在C溶液中加入0.1克N-N-二甲基苯胺催化剂，边倒边沿一个方向均匀搅拌，温度控制在52℃之间，搅拌20分钟后，制成D溶液，将D溶液倒入模具，放入恒温在40℃的烘箱中，静放40分钟，待没有气泡时，进行浇铸；

[0046] (5)浇铸完成后，把模具放进烘干箱内恒温在42℃进行第一次固化处理，固化时间55小时，待模型完全胶凝后脱模，再进行第二次110℃的固化处理，固化时间15小时，得到成品材料。

[0047] (6)将成品材料进行机加工，在光弹仪上观察是否有初应力，如果有初应力要进行退火处理。