【摘 要】
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酚醛树脂粘结剂包覆的轻质玻璃纤维棉毡因其良好的隔音隔热效果得到广泛应用,但轻质玻璃纤维棉毡的加速老化现象严重制约其使用寿命。本文以酚醛树脂粘结剂包覆的轻质玻璃纤维棉毡为研究对象,以人工加速湿热实验为老化手段,通过电子单纱强力仪、扫描电子显微镜、热失重分析仪和红外光谱仪等对棉毡测试表征,并建立了基于剩余强度模型理论的玻璃纤维棉毡撕裂强度预测模型。首先研究了酚醛树脂合成工艺参数对玻璃纤维棉毡耐老化性能
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酚醛树脂粘结剂包覆的轻质玻璃纤维棉毡因其良好的隔音隔热效果得到广泛应用,但轻质玻璃纤维棉毡的加速老化现象严重制约其使用寿命。本文以酚醛树脂粘结剂包覆的轻质玻璃纤维棉毡为研究对象,以人工加速湿热实验为老化手段,通过电子单纱强力仪、扫描电子显微镜、热失重分析仪和红外光谱仪等对棉毡测试表征,并建立了基于剩余强度模型理论的玻璃纤维棉毡撕裂强度预测模型。首先研究了酚醛树脂合成工艺参数对玻璃纤维棉毡耐老化性能的影响,然后分析了不同湿热老化条件对玻璃纤维棉毡老化后外观形貌、吸湿率、撕裂强度以及耐热性的影响规律,并对其湿热老化机理进行了探究,最后预测了棉毡在25℃、50%RH环境的使用寿命。主要研究内容如下:（1）酚醛树脂合成工艺参数对玻璃纤维棉毡耐老化性能影响显著。棉毡耐老化性能随着甲醛苯酚摩尔比（F/P）的增加先增加后减小,当F/P=2.5时,棉毡经70、75%RH老化10天后撕裂强度损失率为16.88%。棉毡耐老化性能随着合成反应温度的增加呈现出增加趋势,当反应温度为80时,棉毡经70、75%RH老化10天后撕裂强度损失率为16.71%。催化剂添加量在4%～6%范围内变化时对棉毡耐老化性能的影响不显著,但当其超过6%时,棉毡的耐老化性能下降,催化剂添加量为7%的试样经70、75%RH老化10天后撕裂强度损失率为18.26%。（2）人工加速湿热老化条件对玻璃纤维棉毡性能影响显著。湿热环境会破坏玻璃纤维棉毡的外观形貌,且破坏程度与老化环境温度和老化时间呈正相关。湿热环境中棉毡吸湿率会增加,在80℃、75%RH条件下棉毡吸湿率最高达到3.23%,不同老化条件下棉毡的吸湿率-时间曲线的变化趋势相同,且都符合菲克（Fick）定律。湿热环境中棉毡撕裂强度会下降,在80、75%RH条件下老化36天后棉毡撕裂强度下降30.98%。湿热环境还会使得棉毡耐热性降低,本论文实验条件下老化后的棉毡质量下降10%时对应的温度最高下降了14.49%,质量剩余百分数最高下降了7.62%。玻璃纤维棉毡人工加速湿热老化的机理为湿热环境中水分子与温度的作用导致玻璃棉纤维与其表面树脂层的膨胀不匹配性以及树脂层的水解与其中挥发性气体膨胀现象的发生而使棉毡表面树脂层出现颗粒、空隙、孔洞与脱粘等缺陷。湿热老化还会使得棉毡表面树脂层中-OH与C=O官能团浓度增加,-CH2-、苯环外C-H和C-O-C浓度减少。（3）玻璃纤维棉毡的湿热老化行为符合剩余强度模型。通过百分回归分析法可以很好地将剩余强度模型对棉毡在80、75%RH人工加速老化后的撕裂强度实验数据进行拟合,两者之间相关系数R高达0.998。根据模型预测棉毡在25、50%RH条件下服役1年后的撕裂强度将下降4.51%,而实际棉毡服役1年后撕裂强度下降了5.45%。该模型可为玻璃纤维棉毡的实际应用提供一定的理论指导。
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