严酷海洋大气环境下玻璃纤维复合材料腐蚀老化规律研究

目的 研究严酷海洋大气环境下,玻璃纤维增强树脂基复合材料的腐蚀老化规律.方法 通过实海大气环境试验,分析了南海岛礁大气环境下,复合材料暴露不同周期后的腐蚀形貌特征以及力学性能变化规律,建立了腐蚀老化性能预测灰色模型GM(1,1),并与青岛、厦门和三亚等典型海洋大气环境进行对比研究.结果 随暴露时间的增长,南海岛礁大气环境下的复合材料发生严重的纤维裸露,其弯曲强度呈下降趋势,基于弯曲强度建立的灰色模型GM(1,1)精度达到1级;与其他典型海洋大气环境相比,随着纬度的降低,复合材料的弯曲强度呈下降趋势.结论 灰色模型GM(1,1)对复合材料在岛礁等严酷海洋大气环境下的腐蚀老化性能预测精度较高.影响复合材料性能的最主要环境因素为辐照,其次为相对湿度和温度.     

芳纶纤维增强复合材料在七地区库内暴露的寿命预测研究

目的预估不同地区芳纶纤维增强复合材料环境贮存寿命,及120℃热老化对七个地区的加速因子。方法对芳纶纤维增强复合材料(AFRC)在7个地区的自然库内暴露样品进行研究,考察了其弯曲强度性能变化规律,对AFRC的库内贮存寿命进行一元线性回归分析。结果得到了七个地区的线性回归方程,计算出其弯曲性能降到50%时的贮存寿命,得到了120℃热老化对七个地区的加速因子。结论以50%弯曲强度性能失效为例,自然库内暴露下芳纶纤维增强复合材料寿命依次为拉萨敦煌厦门西双版纳万宁济南漠河,加速因子大小顺序为漠河济南万宁厦门西双版纳敦煌拉萨。     

树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

目的 实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测。方法 选取玻璃纤维增强不饱和聚酯(GF/197S)与玻璃纤维增强乙烯基脂(GF/905-2)2种树脂基轻质复合材料,开展模拟海洋环境实验室盐雾、湿热和盐水浸泡环境9 600 h的加速老化试验。基于4种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对树脂基体在3种加速老化环境中的分子链段与官能团变化情况进行分析,得到基体树脂的老化机理。利用外观、超声扫描成像、SEM分析树脂纤维界面的变化情况,明确树脂/纤维界面的失效模式。利用差示扫描量热分析(DSC)与热重分析(TG)分析3种加速老化方式对玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRPC)的玻璃化转变温度(tg)与热质量损失的影响。结果 3种老化方式对树脂基体的老化影响顺序依次为70 ℃/95%RH湿热、35 ℃盐雾、常温盐水浸泡。结论 得到了先进轻质树脂基复合材料的模拟海洋环境老化行为、失效模式以及树脂基体的老化机理,为实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测奠定了基础。     

不同自然暴露方法对聚丙烯老化的影响

采用直接大气暴露、玻璃板下暴露和百页窗下暴露3种自然暴露方法,研究了聚丙烯塑料外观、力学性能和熔融指数在海南自然暴露过程中的变化,考察了光、热、氧对聚丙烯老化的影响。结果表明：自然环境下,光和热均是引起聚丙烯老化降解的主要因素．并且光的作用更强．氧对聚丙烯老化的影响很小：冲击强度对聚丙烯的老化相当敏感．海南自然暴露9个月时．直接大气暴露的聚丙烯试样冲击强度保持率下降至原始的10％左右。     

玻璃纤维-铝合金层合板氙灯老化性能研究

目的研究氙灯环境对玻璃纤维-铝合金层合板性能的影响。方法通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在氙灯老化后的力学性能、基体红外光谱、铝合金表面形貌及元素变化,分析层合板的氙灯老化机理。结果随氙灯老化时间的延长,树脂基体老化降解程度越高,树脂与纤维、铝合金的界面强度下降,使材料拉伸及弯曲性能降低,拉伸强度受老化影响最为显著的是正交结构层合板,老化84 d后强度降低13.7%,正交结构0°方向层合板的弯曲强度受氙灯老化影响降低4.6%,其他试样的弯曲强度降幅均低于5%,氙灯老化后的铝合金层表面的微凹坑数量及尺寸无明显变化,但凹坑氧元素随老化周期延长略微增加。结论氙灯环境主要影响玻璃纤维-铝合金层合板中的复合材料层及各界面,树脂基体的降解导致力学性能的衰退,而对于铝合金的影响并不明显。     

海水环境下玻璃纤维增强复合材料力学性能演化规律研究

目的 研究海水环境下海流能发电机组叶片用玻璃纤维复合材料力学性能的变化规律.方法 在实验室内通过海水浸泡试验、拉伸试验、弯曲试验以及剪切试验,测定叶片用玻璃纤维树脂基复合材料的吸水特性,以及在人工海水介质中各项力学性能参数的演变规律.结果 随着浸泡时间的增加,玻璃纤维树脂基复合材料吸水率先逐步增大、后趋于稳定,总吸水率约0.075％.抗拉强度呈先降低、后提高、又降低的趋势,抗拉强度最高可超过1100 MPa,最小值约为940 MPa.弹性模量和弯曲强度呈逐渐降低的趋势,弹性模量降幅约9.5％,弯曲强度降幅约为30％.弯曲模量变化起伏不定,变化幅度在15％以内.材料剪切强度呈先增大、后降低的趋势,最小值为189 MPa,较初始值高10 MPa.剪切模量呈先降低、后提高的现象,在浸泡28 d时,剪切模量最小,为16.4 GPa.结论 玻璃纤维增强树脂基复合材料经过长期海水浸泡后,拉伸及抗剪切性能略有降低,但降幅不大,抗弯性能下降明显,需要在叶片结构设计和强度计算时,充分考虑抗弯性能衰减的负面影响.     

聚甲醛耐候性研究

研究了自然老化和人工加速老化试验中聚甲醛力学性能的变化规律，考察了人工加速老化与自然老化试验的相关性。结果表明：光、热、水的综合作用是造成聚甲醛力学性能显著下降的主要原因；聚甲醛的断裂伸长率和缺口冲击强度对材料老化十分敏感，老化初期就显著下降；热老化无法模拟自然老化中聚甲醛力学性能变化规律，而试验中紫外灯光老化所采用的试验条件可模拟海拉尔、苍山等自然环境条件下聚甲醛力学性能变化规律，但对海南、广州等具有强日照、高温、高湿、多雨的自然环境模拟效果不好。     

高低温条件下碳纤维增强尼龙复合材料的老化特征分析

目的分析不同试验条件下碳纤维增强尼龙复合材料的性能变化规律,获得该种材料在高温和低温条件下的老化特征。方法对制备的碳纤维增强尼龙复合材料拉伸样和缺口冲击样,开展高温和低温试验,定期测试其拉伸、冲击性能,分析各试验条件下力学性能的变化趋势,总结该材料的老化特征。结果几种试验条件下均未造成该材料外观损伤,冲击强度出现了前期升高后期降低的变化趋势,而拉伸强度前期略微降低,随着试验进行逐渐升高。结论碳纤维增强尼龙复合材料在高温和低温条件下无明显的外观老化特征,而力学性能在高温16天后材料会呈现出较缓慢的热老化趋势。     

弹药塑料包装材料自然环境老化现象研究

通过对某小口径弹药塑料包装箱材料在户外、棚下和库内暴露试验,分析研究环境对塑料的力学性能、微观形貌及红外光谱的影响,研究了塑料老化的机理。认为太阳光是影响塑料老化的主要原因,塑料包装箱不宜在户外无遮避贮存。拉萨站处于高原地区,空气稀薄,大气中少尘埃,阳光的紫外线特别强。因此塑料在拉萨地区的老化也特别严重,户外暴露2年后,塑料试样的冲击强度下降了41%。     

塑料大气环境老化预测模型研究

目的为塑料老化行为预测提供简易而可靠的途径,充分发挥环境效应数据的内在价值。方法分别运用GM(1,1)模型、幂函数模型、指数函数模型、多项式模型预测9种工程塑料在3种典型大气环境下的拉伸强度、延伸率和弯曲强度等力学性能变化,并与自然环境试验实测结果进行比较。结果拉伸强度、延伸率、弯曲强度等3种力学性能中,弯曲强度预测效果最好,延伸率预测效果最差。4种模型之中,GM(1,1)模型在预测小样本数据方面具有最好的预测效果和最高的正确率,且在数据具有一定波动性的情况下仍能够保持较好的预测效果。结论在挖掘分析塑料大气老化评价指标和试验时间之间的函数关系时,不仅要考虑预测模型的拟合效果好坏、相关系数高低、预测误差和预测正确率高低,还应注意预测模型反映出来的塑料性能变化规律是否符合客观实际,这样得到的预测模型才能尽可能地反映塑料老化程度与试验时间关系的全貌。     

脱硫设备用高效耐温防腐材料的研究

脱硫设备用有机高分子防腐材料，其性能主要取决于该材料的耐温抗老化性。本文通过机理分析及试验将研究一种有机硅改性的环氧树脂，并加入超细石墨粉和石棉绒，以硅烷偶联剂处理的玻璃布为增强骨架，做成耐温玻璃钢复合防腐材料。由实验发现，该防腐材料随温度的变化具有优良的稳定性和强度保留率，能够满足工业性应用要求。     

某型复合材料加速腐蚀与大气腐蚀当量关系分析

目的为开展某型飞机复合材料预腐蚀后疲劳寿命研究,获取其于加速腐蚀试验环境谱腐蚀和大气环境腐蚀的当量关系。方法编制模拟机场环境的加速腐蚀环境谱,据此分别开展材料试件加速腐蚀试验和大气腐蚀试验,试验过程中观测试件腐蚀形貌,开展两种环境预腐蚀后试件的层间剪切强度性能测试,依据等腐蚀损伤等层间剪切强度性能原则,计算该型复合材料实验室加速腐蚀与大气环境腐蚀的当量关系。结果加速腐蚀试验环境与大气环境对该型复合材料腐蚀存在当量关系,当量折算系数为2.22。结论飞机复合材料于不同环境中的腐蚀当量关系研究应结合研究问题需要,根据不同环境和不同力学性能指标开展研究,不同环境、不同力学性能指标会有不同的当量关系。     

碳钢及低合金钢在厦门海域实海暴露腐蚀规律研究

通过Q235碳钢及921低合金铜两种典型钢在厦门海域实海暴露试验,总结了2种材料在厦门海域全浸区、潮差区及飞溅区的腐蚀规律,并对其长周期腐蚀行为做了预测。     

聚酯玻璃钢大气老化力学性能BP人工神经网络预报模型的建立

目的准确地分析并建立起一个老化模型,探究不饱和聚酯玻璃钢在大气环境中的条件与老化性能的变化联系。方法在气象数据的基础上分别分析不饱和聚酯玻璃钢在不同季节不同大气环境下各种力学性能的变化,利用数学建模的人工智能方法-BP神经网络进行建模。结果实际值与预测值有很好的一致性,模型精确度也较高。结论此预报模型可比较精确地评价不饱和聚酯玻璃钢在大气中的老化行为。     

包装箱用碳纤维增强复合材料贮存寿命研究

目的研究碳纤维增强复合材料贮存条件下的性能变化趋势和寿命评估。方法对碳纤维增强复合材料开展四个不同温度条件下的热氧老化试验,按试验周期定期取样开展冲击性能测试,对试验数据采用寿命预估方法进行处理,对材料性能进行预估。结果通过数据计算分别得到我国热带海洋、干热沙漠等典型气候条件下的碳纤维增强复合材料贮存寿命分别为17.21~35.89年。结论碳纤维增强复合材料具有较好的贮存性能,在较为严酷的热带海洋气候和给定的失效判据条件下,寿命预计为17.21年。试验和数据处理方法可以较好地预计材料的性能变化趋势和开展寿命评估。     

钛合金海水管路系统材料腐蚀特性研究

目的为钛合金海水管路材料体系提供可靠的基础腐蚀性能数据,开展了一系列对比研究试验。方法筛选铜镍合金与钛合金海水管路体系主体材料各两种,开展海水腐蚀浸泡试验与海水腐蚀电化学试验,来获取两类海水管路体系本征腐蚀性能。结果钛合金在静态海水浸泡30天没有腐蚀质量损失,自腐蚀电位及稳定电位较正,自腐蚀电流较小,耐腐蚀性较好;铜镍合金在静态海水中浸泡有腐蚀产物及腐蚀质量损失,自腐蚀电位较钛合金负,且自腐蚀电流较大,耐蚀性能较钛合金差。结论钛合金在海水中有良好的耐蚀性,适合有长寿命要求的大型舰船使用。