發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 09:45

　　為研究碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在火災(zāi)環(huán)境下的熱響應(yīng),考慮其在火災(zāi)環(huán)境下的熱解過(guò)程,建立非線性熱響應(yīng)方程組,利用有限差分法計(jì)算分析單側(cè)熱流作用下的材料內(nèi)部溫度-時(shí)間歷程與炭化規(guī)律。結(jié)果表明:建立的熱響應(yīng)方程組可以有效預(yù)測(cè)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂的溫度-時(shí)間歷程,與實(shí)驗(yàn)值吻合較好;隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng),炭化層范圍逐漸擴(kuò)大,溫度趨于穩(wěn)定,材料溫度-深度分布由非線性轉(zhuǎn)變?yōu)榫�性;隨著深度增加,碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料溫升速率減小,達(dá)到熱解所需的時(shí)間更長(zhǎng),炭化過(guò)程變慢,且單位溫度的密度變化量峰值隨深度增加向低溫方向移動(dòng);熱解反應(yīng)區(qū)中不同深度位置的材料剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)在同一溫度下不同,深度越大剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小,炭化程度越高。 

【文章來(lái)源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

碳纖維復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的各種響應(yīng)

聚合物復(fù)合材料單側(cè)受熱的熱解反應(yīng)過(guò)程

表1 材料性能參數(shù)[23]Table 1 Material performance parameters[23] Parameters Numerical value Virgin density/(kg·m-3) 1575 Char density/(kg·m-3) 1165 Virgin thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1113×10-3T+0.61391 Char thermal conductivity/(W·m-1·℃-1) 1.1841×10-9T3-6.6846×10-7T2+1.1113×10-4T+0.12317 Virgin specific heat/(J·kg-1·℃-1) 2.8773T+687.31 Char specific heat/(J·kg-1·℃-1) 5.132×10-7T3-2.0761×10-3T2+2.599T+662.53 Specific heat of gases/(J·kg-1·℃-1) 3.5977×10-7T3-9.92485×10-7T2+1.0610T+1256.6 Activation energy,E/(J·mol-1) 181.73×103 Order of reaction,n 1.344 Pre-exponential factor,A/s-1 3.15×1011 Heat of decomposition/(J·kg-1) 107.32×103圖4為不同深度位置材料的溫升速率-時(shí)間歷程�？梢�(jiàn),10 s之前,4個(gè)位置的溫升速率快速增大,1 mm位置溫升速率最大值為62 ℃·s-1,表明該位置溫度變化最為劇烈,這是由于火焰熱通量和材料熱擴(kuò)散率主導(dǎo)的傳熱效應(yīng)導(dǎo)致了材料溫度的快速升高,且該位置距離受熱面最近;隨著深度位置逐漸增加,溫升速率最大值逐漸降低,4 mm位置溫升速率最大值僅為10.5 ℃·s-1;達(dá)到峰值后,溫升速率逐漸降低,趨于0 ℃·s-1,這與圖3中的溫度-時(shí)間歷程相一致。這是由于當(dāng)材料達(dá)到基體熱解溫度后,發(fā)生熱分解反應(yīng),吸收大量熱量,完成鍵的斷裂,且分解所產(chǎn)生的氣體逸出并發(fā)生遷移而帶走部分熱量[25],進(jìn)一步導(dǎo)致溫升速率減小,溫度上升放緩。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3279678