一种环氧树脂光弹性模型及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及实验力学研究领域，具体为一种环氧树脂光弹性模型及其制作方法。。
【背景技术】
[0002]光弹性方法是实验力学中的一个分支，这个方法就是用光学灵敏材料制成与实物相似的模型，或者在实际构件上粘贴光学灵敏材料，在相应荷载作用下，用偏振光照射并通过计算就能得到表面及内部的应力变化规律。用这种方法求得的应力分量对工程设计来说具有足够的精度，它直观性强，可靠性高，适应性广，能求出在各种复杂条件下的全部应力状态。特别是对理论计算较为困难的形状复杂、荷载复杂并有应力集中的构件，光弹性法更能显示出它的优越性。由于光弹性实验是解决复杂二维、三维工程结构应力分析的一种有效实验方法，长期以来它一直被学术界和工程界所重视。光弹性现象早在1816年就被发现，然而直到20世纪30年代才被广泛应用于解决实际工程问题，其主要原因就是缺乏合适的模型材料。很多科研工作者曾经使用酚醛树脂、丙苯树脂、聚碳酸酯、丙烯树脂和聚酯树脂等材料作为光弹模型材料，但是效果均不够理想。直到1951年，出现了以环氧树脂为基的新型光弹性材料，这种材料为各向同性材料，其透明度和光学灵敏度较高，初应力及边缘时间效应小，力学光学蠕变小，易于机械加工并且加工应力小，因此成为制作光弹性模型的理想材料。
[0003]目前已有一些学者总结出几种制作环氧树脂模型的配方，但是这些配方都有制作工艺复杂、步骤繁琐、制作周期长等缺点，有些配方所使用的原料还有毒性，对身体危害很大。这些问题都大大增加了光弹性实验的复杂性和难度，影响了光弹性实验的进行。为了克服上述缺点，简化和改进光弹性模型的制作方法，就成为本发明的主要目的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服上述不足，减小环氧树脂光弹模型制作过程的复杂性，提供一种操作更加简便、制作周期较短、对身体危害小的环氧树脂光弹性模型及其制作方法。
[0005]具体技术方案如下:
[0006]—种环氧树脂光弹性模型的制作方法，采用618#环氧树脂、甲基六氢苯酐、促进剂DMP-30、环氧树脂消泡剂四种原料配制混合液；配制混合液时先将称量好的甲基六氢苯酐、环氧树脂消泡剂倒入环氧树脂中开始搅拌，在搅拌过程中用胶头滴管将称量好的DMP-30逐滴滴入混合液；将混合液浇筑入模具中；浇筑完毕后把模具放入烤箱加热，使混合液固化；加热过程结束后，把模具从烤箱中取出，拆下模具即可得到成型的模型；将成型的模型放入烤箱中进行褪火即得到环氧树脂光弹性模型。
[0007]所述的制作方法，618#环氧树脂、甲基六氢苯酐、促进剂DMP-30、环氧树脂消泡剂四种原料的重量比例为250:205:3:1。促进剂DMP-30固化反应过程很剧烈，如果DMP-30用量过多，配制的混合液中会产生大量沉淀物；如果用量过少，混合液固化需要的时间会很长，大大延长了模型的制作周期，从而影响后期的实验进度。
[0008]所述的制作方法，固化过程的温度设置如下:80°C恒温2小时，85°C恒温0.5小时，90°C恒温0.5小时，95°C恒温0.5小时，100°C恒温2小时，95°C恒温1小时，90°C恒温1小时，85°C恒温1小时，80°C恒温1小时，70°C恒温1小时。
[0009]所述的制作方法，褪火过程的温度设置如下:70°C恒温1小时，90°C恒温1小时，110°C恒温1小时，130°C恒温1小时，150°C恒温10小时，然后每小时降温2°C，直到温度降到30°C为止。
[0010]所述的制作方法，褪火过程开始前，取一块略大于环氧树脂光弹性模型底面的玻璃板，依次用清水和蘸有酒精的医用脱脂棉把玻璃清洗擦拭干净，再用无尘擦拭布把玻璃板擦干；用刷子在玻璃板表面均匀刷一层硅油，把环氧树脂光弹性模型底面放在玻璃板上，模型和玻璃板之间会形成一层油膜。
[0011]所述的制作方法，所述模具采用两块玻璃板中间夹持一层有机玻璃隔条组成，用704密封胶将玻璃板和有机玻璃隔条粘在一起；有机玻璃隔条的内侧有一层3-5毫米厚的弹性内芯。
[0012]所述的制作方法，所述有机玻璃隔条为“U”型有机玻璃框架。
[0013]所述的制作方法，将两块玻璃板用清水洗净，再用蘸过酒精的医用脱脂棉擦拭玻璃板，把玻璃板表面擦得光亮平整如镜面，随后用无尘擦拭布把玻璃板擦干；然后把JD-909A脱模剂均匀地喷在玻璃板的一个面上，用无尘擦拭布在玻璃板表面沿同一方向缓慢擦拭，将脱模剂涂抹均匀，使玻璃板表面看起来和涂脱模剂之前一样光滑平整，然后把玻璃板放入烤箱恒温20分钟，温度设置为80°C，把脱模剂烤干；然后用两块玻璃板夹着有机玻璃隔条，有脱模剂的一面朝内，没有脱模剂的一面朝外，用夹持板14把玻璃板13夹紧；在有机玻璃隔条11外侧，即模具的左侧、右侧、下侧，涂上704密封胶，把两块玻璃板和有机玻璃隔条粘在一起，在两块玻璃板和有机玻璃隔条之间形成了一定体积的模具空间；704密封胶完全凝固之后，把夹持板去掉，模具制作完成。
[0014]采用上述任一所述的制作方法制作得到的环氧树脂光弹性模型。本发明方法混合液反应过程不剧烈，固化时间较短，固化过程简单，模型成型后褪火效果良好，内部残余应力较小，所用化学原料毒性小，无刺激性气味，对身体几乎没有危害。
【附图说明】
[0015]图1为U形有机玻璃隔条示意图；
[0016]图2为加上弹性内芯的U形有机玻璃隔条示意图；
[0017]图3为用夹持板固定后的模具示意图；
[0018]图4为图3所示模具的左侧视图；
[0019]图5为浇筑环氧树脂模型过程的示意图
[0020]图6为混合液固化过程的温度与时间关系图
[0021]图7为模型褪火过程的温度与时间关系图
[0022]图中，11 U形有机玻璃隔条、12弹性内芯、13玻璃板、14夹持板、15 704密封胶、16漏斗、17塑胶管、18医用纱布。
【具体实施方式】
[0023]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0024]实施例
[0025]本发明的一种制作环氧树脂光弹性模型的新配方及制作方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0026]参照图1-图4。根据实验的需要，选取尺寸合适的有机玻璃隔条11和两块玻璃板13，本实施例中有机玻璃隔条11为厚度8_的“U”型有机玻璃框架，两块玻璃板13的尺寸一样，其长度X宽度X厚度为410mmX305mmX6mm。首先用小刷子把704密封胶均匀地刷在有机玻璃隔条11 “U”型内侧，刷的厚度约为3-5毫米，等704密封胶自然凝固，形成3-5毫米厚的弹性内芯12。同时将两块玻璃板13用清水洗净，再用蘸过酒精的医用脱脂棉擦拭玻璃板13，把玻璃板13表面擦得光亮平整如镜面，随后用无尘擦拭布把玻璃板13擦干。然后把JD-909A脱模剂均匀地喷在玻璃板13的一个面上，用无尘擦拭布在玻璃板13表面沿同一方向缓慢擦拭，将脱模剂涂抹均匀，使玻璃板13表面看起来和涂脱模剂之前一样光滑平整，然后把玻璃板13放入烤箱恒温20分钟，温度设置为80°C，把脱模剂烤干。然后用两块玻璃板13夹着有机玻璃隔条11，有脱模剂的一面朝内，没有脱模剂的一面朝外，用夹持板14把玻璃板13夹紧。在有机玻璃隔条11外侧(即模具的左侧、右侧、下侧)涂上704密封胶，把两块玻璃板13和有机玻璃隔条11粘在一起，在两块玻璃板13和有机玻璃隔条11之间形成了一定体积的模具空间。704密封胶完全凝固之后，把夹持板14去掉即可。
[0027]参考图5-图6。首先按照618#环氧树脂重量:甲基六氢苯酐重量:促进剂DMP-30重量:环氧树脂消泡剂重量=250:205:3:1的比例，确定四种原料所需的重量。促进剂DMP-30固化反应过程很剧烈，如果DMP-30用量过多，配制的混合液中会产生大量沉淀物；如果用量过少，混合液固化需要的时间会很长，大大延长了模型的制作周期，从而影响后期的实验进度。固化剂甲基六氢苯酐如果用量过少，会影响混合液的固化进程；如果用量过多，会影响模型的光学性质。光弹性实验是利用环氧树脂具有的光的双折射现象来反映模型中应