專利名稱：一種水彈性模型材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于水工水力學模型的，尤其涉及一種在水彈性模型試驗中用于制造金屬結(jié)構(gòu)物的模型材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在水彈性模型試驗中，根據(jù)相似準則的要求，需要同時滿足水力學相似和結(jié)構(gòu)力學相似兩個條件。實驗室中所采用的流體介質(zhì)通常與原型相同，即水，這就要求試驗中的固體結(jié)構(gòu)與原型具有相同的密度和按幾何比尺縮小的彈性模量。這種條件對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，特別是金屬結(jié)構(gòu)，要求是很苛刻的。因此，在20世紀70年代以前，水力學模型和結(jié)構(gòu)力學模型一直是分別進行的，即通過水力學試驗確定作用于結(jié)構(gòu)上的荷載；通過結(jié)構(gòu)力學試驗確定結(jié)構(gòu)的靜、動力穩(wěn)定性；再通過校核水力學結(jié)果和結(jié)構(gòu)力學結(jié)果來復(fù)核結(jié)構(gòu)是否安全。這種方法將水力學試驗結(jié)果單向作用于結(jié)構(gòu)上，并沒有考慮結(jié)構(gòu)對水流的反作用。20世紀70、80年代出現(xiàn)了水彈性模型，將水力學試驗和結(jié)構(gòu)力學試驗統(tǒng)一起來進行。但由于當時沒有水彈性模型材料，只能采用PVC材料制作變態(tài)水彈性模型，用增加材料的厚度近似滿足模型的整體剛度相似，用在模 型上增加質(zhì)量塊近似滿足密度相似。隨著工程實踐對水彈性模型的要求不斷提高，武漢理工大學和長江水利委員會長江科學院在2004年4月28日公開了一種水工閘門流激振動模型材料(專利號:ZL03125312.1)，極大提高了水彈性模型試驗技術(shù)；但該模型材料的制備工藝有待進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提出一種新的水彈性模型材料及其制備方法，該材料的密度與鋼材一致，彈性模量滿足模型試驗比尺要求，固化時不需要加溫加壓，即不受加壓和加溫設(shè)備的限制，可以依模具制成任何復(fù)雜形狀；同時也可滿足水彈性模型試驗水力學和結(jié)構(gòu)力學相似的要求。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種水彈性模型材料，原料及其重量份數(shù)為:環(huán)氧樹脂I份，重金屬粉15 20份，玻璃纖維粉0.05 0.1份，增塑劑0.1 0.3份，固化劑0.2 0.25份；所述重金屬粉為密度調(diào)節(jié)材料，為金屬鎢粉或者炭化鎢粉；所述增塑劑為鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸丁芐酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯或者鄰苯二甲酸二異丁酯；所述固化劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺或者四乙烯五胺；該水彈性模型材料的制備方法，具有如下步驟為:按照原料及其重量份數(shù)為:環(huán)氧樹脂I份，重金屬粉15 20份，玻璃纖維粉0.05 0.1份，增塑劑0.1 0.3份，固化劑0.2 0.25份；(I)先將環(huán)氧樹脂置于40°C 60°C的溫水內(nèi)水浴5 10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；(2)向步驟(I)的容器中加入玻璃纖維粉，攪拌至均勻為止；(3)再向步驟(2)中加入增塑劑，攪拌至均勻為止；(4)再向步驟(3)中加入重金屬粉，攪拌至均勻為止；(5)再向步驟(4)中加入固化劑，均勻攪拌10分鐘；(6)將步驟(5)攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于15°C 35°C的室溫固化，制得水彈性模型材料。所述環(huán)氧樹脂為基底膠結(jié)材料，其產(chǎn)品型號為E-44或者E-51。本發(fā)明的水彈性模型材料，其固化后的化學和力學性能穩(wěn)定、沸點高、不易揮發(fā)、無刺激性氣味。另外，該模型材料在室溫條件下即可固化，不受加熱設(shè)備條件的限制，可制成任何復(fù)雜形狀，且在15°C 35°C的溫度范圍內(nèi)，不因固化溫度的不同而變化。另外，該模型材料的原料容易獲得，制備工藝簡單，也提高了產(chǎn)品性能，降低了生產(chǎn)成本。
具體實施例方式本發(fā)明所用原料均為常規(guī)的化學試劑；采用環(huán)氧樹脂作為基底膠結(jié)材料，通過填加重金屬粉來滿足材料的密度要求，填加玻璃纖維粉末來滿足材料的強度要求，填加增塑劑來滿足材料對彈性 模量的要求，環(huán)氧樹脂的固化劑采用多胺類固化劑。當采用水彈性模型材料模擬鋼材，模型比尺為1:20時，要求模型材料的密度為7800kg/m3,彈性模量為10.5GPa，實施例1 4均可滿足上述要求。.
實施例1選用鎢粉16份，E-44環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.06份，鄰苯二甲酸二異壬酯0.25份，四乙烯五胺0.2份。先將E-44環(huán)氧樹脂置于40°C的溫水內(nèi)水浴5分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二異壬酯，攪拌均勻；再加鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑四乙烯五胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于15°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例2選用鎢粉17份，E-44環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.05份，鄰苯二甲酸二丁酯0.2份，三乙烯四胺0.25份。先將E-44環(huán)氧樹脂置于60°C的溫水內(nèi)水浴10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；再加鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑三乙烯四胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于35°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例3選用碳化鎢粉19份，E-44環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.1份，鄰苯二甲酸丁芐酯0.2份，二乙烯三胺0.22份。先將E-44環(huán)氧樹脂置于50°C的溫水內(nèi)水浴8分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸丁芐酯，攪拌均勻；再加碳化鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑二乙烯三胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于25°C的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例4選用碳化鎢粉20份，E-44環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.1份，鄰苯二甲酸二異癸酯0.3份，三乙烯四胺0.2份。先將E-44環(huán)氧樹脂置于30°C的溫水內(nèi)水浴6分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二異癸酯，攪拌均勻；再加碳化鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑三乙烯四胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于20°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。當采用水彈性模型材料模擬鋼材，模型比尺為1:15時，要求模型材料的密度為7800kg/m3,彈性模量為14.0GPa,實施例5 8均可滿足上述要求。實施例5選用鎢粉15份，E-51環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.08份，鄰苯二甲酸二正辛酯0.1份，四乙烯五胺0.22份。先將E-51環(huán)氧樹脂置于60°C的溫水內(nèi)水浴10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二正辛酯，攪拌均勻；再加鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑四乙烯五胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于35°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例6選用鎢粉16 份，E-51環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.1份，鄰苯二甲酸二異辛酯0.11份，三乙烯四胺0.22份。先將E-51環(huán)氧樹脂置于60°C的溫水內(nèi)水浴10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二異辛酯，攪拌均勻；再加鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑三乙烯四胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于35°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例7選用碳化鎢粉20份，E-51環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.1份，鄰苯二甲酸二乙酯
0.15份，二乙烯三胺0.24份。先將E-51環(huán)氧樹脂置于60°C的溫水內(nèi)水浴10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯，攪拌均勻；再加碳化鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑二乙烯三胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于35°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。實施例8選用碳化鎢粉20份，E-51環(huán)氧樹脂I份，玻璃纖維粉0.1份，鄰苯二甲酸二異丁酯0.1份，三乙烯四胺0.25份。先將E-51環(huán)氧樹脂置于60°C的溫水內(nèi)水浴10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌均勻；再加入增塑劑鄰苯二甲酸二異丁酯，攪拌均勻；再加碳化鎢粉，攪拌均勻；再加入固化劑三乙烯四胺，均勻攪拌10分鐘；再將攪拌均勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于35°c的室溫固化，制得水彈性模型材料。上述實施例在加入固化劑之前的各個步驟中，原料之間不發(fā)生化學反應(yīng)，因此有充分的攪拌時間；且在這些步驟中，如果原料因為溫度較低而變得粘稠，可以向攪拌原料的容器內(nèi)加入溫水， 并可以加溫，以增加原料的流動性。
權(quán)利要求
1.一種水彈性模型材料，原料及其重量份數(shù)為:環(huán)氧樹脂I份，重金屬粉15 20份，玻璃纖維粉0.05 0.1份，增塑劑0.1 0.3份，固化劑0.2 0.25份； 所述重金屬粉為密度調(diào)節(jié)材料，為金屬鎢粉或者炭化鎢粉； 所述增塑劑為鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸丁芐酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯或者鄰苯二甲酸二異丁酯； 所述固化劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺或者四乙烯五胺； 該水彈性模型材料的制備方法，具有如下步驟為: 按照原料及其重量份數(shù)為:環(huán)氧樹脂I份，重金屬粉15 20份，玻璃纖維粉0.05 0.1份，增塑劑0.1 0.3份，固化劑0.2 0.25份； (1)先將環(huán)氧樹脂置于40°C 60°C的溫水內(nèi)水浴5 10分鐘，然后倒入制備容器內(nèi)； (2)向步驟(I)的容器中加入玻璃纖維粉，攪拌至均勻為止； (3)再向步驟(2)中加入增塑劑，攪拌至均勻為止； (4)再向步驟(3)中加入重金屬粉，攪拌至均勻為止； (5)再向步驟(4)中加入固化劑，均勻攪拌10分鐘； (6)將步驟(5)攪拌均 勻的原料澆注到預(yù)制的模具內(nèi)，于15°C 35°C的室溫固化，制得水彈性模型材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水彈性模型材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂為基底膠結(jié)材料，其產(chǎn)品型號為E-44或者E-51。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水彈性模型材料及其制備方法，原料及其重量份數(shù)為環(huán)氧樹脂1份，金屬鎢粉或者炭化鎢粉15～20份，玻璃纖維粉0.05～0.1份，增塑劑0.1～0.3份，固化劑0.2～0.25份。先將環(huán)氧樹脂水浴5分鐘，倒入制備容器內(nèi)；再向容器中加入玻璃纖維粉，攪拌；再加入增塑劑，攪拌；再加入鎢粉或者炭化鎢粉，繼續(xù)攪拌；再加入固化劑，攪拌均勻后澆注到模具內(nèi)，于室溫固化，制得水彈性模型材料。該模型材料固化后的化學和力學性能穩(wěn)定、沸點高、不易揮發(fā)、無刺激性氣味，不受加熱設(shè)備條件限制，可制成任何復(fù)雜形狀，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C04B14/34GK103172306SQ20131011938
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者劉昉, 楊敏, 陶嘉明, 時堯 申請人:天津大學