光彈性應(yīng)力分析方法是飛機(jī)、艦艇、地下工程水工結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈、火箭、大型建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的重要測(cè)試手段，光彈性材料是其中重要配件。

    環(huán)氧樹脂的澆鑄體受力后具有“記憶性”，可以用光學(xué)儀器來觀察、測(cè)量受力前后的干涉條紋的變化，從而可分析出建筑和機(jī)械結(jié)構(gòu)合理與否，因此環(huán)氧樹脂是常用的光彈性材料。光彈性材料在設(shè)計(jì)配方和澆鑄固化工藝時(shí)盡可能產(chǎn)生小的應(yīng)力，由于要求全透明，對(duì)于減少固化體積收縮和應(yīng)力的最常用的手段添加填料是不能采用的，因此在這種精密澆鑄中需要采取特殊的配方和工藝，方能制得復(fù)雜的三維立體光彈性模型及貼片、棒料、塊體。

 

 

    為準(zhǔn)確地模擬各種原型的條件以提高光彈試驗(yàn)的質(zhì)量，選擇合適的樹脂及品種是首要的問題。從雙酚A型環(huán)氧樹脂固化物來看它是體型三向交聯(lián)網(wǎng)狀高分子，它的熱力學(xué)性能只有玻璃態(tài)和高彈態(tài)，在高溫下不出現(xiàn)黏流態(tài)，其光學(xué)靈敏度高、固化收縮小，樹脂固化前在室溫下為液態(tài)，加熱后黏度變稀，很容易澆鑄成型，固化后時(shí)間邊緣效應(yīng)和光學(xué)蠕變較小，因而非常適于做光彈試驗(yàn)的模型材料。液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂品種也有數(shù)種，以酸酐為固化劑的澆鑄體系，從希望其黏度小、易排除氣泡角度出發(fā)應(yīng)該選用E-44環(huán)氧樹脂，而E-51環(huán)氧樹脂雖然黏度小，但是本身羥基含量不足，且揮發(fā)分稍大。

    對(duì)于樹脂的質(zhì)量要求色澤淺、透明度高、揮發(fā)分小、無機(jī)械雜質(zhì)及有機(jī)氯值、無機(jī)氯值低。

 

 

    環(huán)氧樹脂固化物的力學(xué)性能與它所形成的交聯(lián)密度有關(guān)，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)越緊密，材料的彈性模量越高；反之交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)越稀疏，材料的彈性模量越低，材料的光學(xué)常數(shù)也隨之發(fā)生變化。因此為了調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂固化物凍結(jié)彈性模量，必須加入能與環(huán)氧樹脂完全溶解且有增韌效果的改性劑。

 

 

    早期均采用順丁烯二酸酐作固化劑，我國(guó)光彈性材料界目前還有一些單位沿用這種舊配方。甲基四氫苯酐及衍生物，異構(gòu)體（如HK-021酸酐）是很好的固化劑。

 

 

    用環(huán)氧樹脂制造光彈性材料在某些情況下能產(chǎn)生出云霧和初應(yīng)力不易消除的問題，會(huì)影響光彈性測(cè)定的精度。

    （1）云霧問題

    ①云霧的定義   指環(huán)氧樹脂固化物經(jīng)退火后，在偏振光場(chǎng)中所出現(xiàn)的光學(xué)不均勻性，雖經(jīng)退火后不能消除，仍擾亂應(yīng)力條紋。

    ②產(chǎn)生原因   樹脂中低沸點(diǎn)物存在，固化劑有升華，前期固化反應(yīng)太快，放熱量過大。

    （2）初應(yīng)力

    ①初應(yīng)力的定義   由于不合理的工藝和原料配方所產(chǎn)生的應(yīng)力，它是一種經(jīng)過退火不能消除的應(yīng)力。

    ②初應(yīng)力產(chǎn)生的原因   材料在模具中內(nèi)部溫度與烘箱溫度差值稱為超溫。

    a.超溫值越大，材料的應(yīng)力越大，因此要求澆鑄料初期固化應(yīng)采用低溫。

    b.澆鑄料在凝固后受到模具的約束，在非自由狀態(tài)下的固化收縮產(chǎn)生初應(yīng)力。因此在澆鑄料凝膠后根據(jù)具體情況脫模盡早解除約束，再進(jìn)行第二次高溫后固化。

    c.溫度應(yīng)力   材料固化后降溫速度太快，模型材料形成內(nèi)外溫差，致使材料產(chǎn)生不均勻收縮而出現(xiàn)的應(yīng)力。防止方法是選擇適當(dāng)?shù)慕禍厮俣?，?duì)于體積較大形狀復(fù)雜的模具，澆鑄料配方中可加入線性高分子化合物，降低三向交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的密度，以達(dá)到消除初應(yīng)力的目的。

    常用的有端羧基聚酯樹脂，如#304聚酯的結(jié)構(gòu)如下：

 

 

    R為C₂～C₄二元醇。

    端羧基聚醚的結(jié)構(gòu)如下：

 

 

    這兩種帶有羧基的線性高分子可以和環(huán)氧樹脂起固化反應(yīng)。

    近年來又研究出使用螺環(huán)酯改性雙酚A型環(huán)氧樹脂，可以制得固化收縮接近于零的澆鑄料（或采用螺環(huán)狀酸酐）。典型的螺環(huán)酯改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)如下：