采用有限元方法( Finite  Element Method)對環(huán)氧樹脂／聚氨酯(EP/ PU)梯度材料在制備過程中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力進(jìn)行了分析。詳細(xì)討論了梯度層數(shù)目對應(yīng)力大小的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)體系中EP和PU組成相同時(shí)，梯度材料緩和熱應(yīng)力的效果比雙層材料顯著。且梯度材料的熱應(yīng)力緩和效果隨梯度層數(shù)增加而增加。

       高分子材料在應(yīng)用過程中，能夠耐熱的塑料往往脆性大，尤其是在低溫環(huán)境中使用時(shí)易開裂。而橡膠類的彈性體雖然有很好的回彈性，溫度一旦升高，出現(xiàn)發(fā)粘，強(qiáng)度急劇下降。無論是塑料還是橡膠能夠應(yīng)用的溫度范圍都只有幾十度。對于一些熱障材料，例如寒冷地區(qū)運(yùn)輸管道，航空器用材料及其它保溫材料等，通常在非均勻的溫度場中使用，材料的不同部位要同時(shí)承載從零下幾十度的低溫到一百多度以上高溫，單一塑料或橡膠品種都不能滿足應(yīng)用需要。如果將塑料和橡膠加工成梯度材料，塑料面承受高溫，而橡膠面承受低溫，二者
之間進(jìn)行塑料和彈性體的逐漸過渡設(shè)計(jì)，問題將迎刃而解。

       環(huán)氧樹脂(EP)是典型的熱固性塑料，用芳香族胺固化的EP產(chǎn)物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在160°C左右，聚氨酯(PU)是典型的彈性體，用芳香族胺交聯(lián)的PU彈性體的Tg在一54°C左右。EP/ PU的共聚物中，隨EP/ PU二者含量不同，產(chǎn)物的彈性模量變化范圍可從2.8 GPa到6.9MPa，變化幅度40倍，玻璃化轉(zhuǎn)變可從160°C至 - 54°C，相差200°C。

       由于EP/ PU體系有較寬的玻璃化轉(zhuǎn)變和彈性模量變化范圍，因此我們設(shè)計(jì)了玻璃化溫度漸變的EP/ PU梯度材料。作為隔熱環(huán)境下使用的梯度材料，在制備和服役過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力的大小及其分布狀況是制約材料性能的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是進(jìn)行梯度功能材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3-5]。因此研究EP/ PU在制備中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力就具有十分重要的意義。

       本文利用有限元法(FEM)計(jì)算了材料在固化過程中的殘余熱應(yīng)力，考察了梯度層數(shù)對熱應(yīng)力的影響，得到了熱應(yīng)力緩和的最佳梯度結(jié)構(gòu)。

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