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。     

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.     

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。     

熔渗温度和时间对 C/C-SiC-ZrC 复合材料性能的影响研究

目的研究熔渗温度和熔渗时间对复合材料密度和弯曲性能的影响。方法采用化学气相渗透法(CVI)和聚合物浸渍裂解法(PIP)制备熔渗用低密度C/C复合材料,以Si0.9-Zr0.1合金为熔渗金属,采用反应熔渗法(RMI)制备C/C-SiC-ZrC复合材料。测试C/C-SiC-ZrC复合材料的开孔率、密度、弯曲强度,分析试样的相组成。结果熔渗温度为1450℃时,复合材料的密度仅有1.97 g/cm3,弯曲强度仅为153 MPa;当熔渗温度升高到1550℃时,密度和弯曲强度分别升高到2.39 g/cm~3和260 MPa;而当熔渗温度升高到1650℃时,密度和弯曲强度又分别降为2.18 g/cm~3和208 MPa。1.5 h熔渗时复合材料的密度值最大,为2.46 g/cm~3,相对0.5 h熔渗的最小值提高了5.1%;1.0 h熔渗时复合材料材料的弯曲强度最高,达到了260 MPa,相对于1.5 h熔渗的最低值仅提高了3.2%。结论复合材料的致密度和弯曲强度随熔渗温度的升高先升高后降低,密度随熔渗时间的延长而增大,而弯曲强度随熔渗时间的延长先升高后降低,但密度和弯曲强度随熔渗时间的延长变化较小。     

等离子体处理的时效性对芳Ⅲ/双马复合材料耐湿热性能的影响

目的考察等离子体处理前后及其时效性对芳Ⅲ/双马复合材料弯曲强度、界面性能及耐湿热性能的影响。方法用低温射频耦合等离子体处理芳纶纤维表面,分别将未处理的、等离子体刚处理过的和等离子体处理后在空气中放置三天后的纤维通过溶液预浸渍工艺制备芳Ⅲ/双马复合材料预浸料,再经过高温模压成形技术制备芳Ⅲ/双马复合材料单向板。采用万能材料试验机对水煮前后复合材料的弯曲强度和层间剪切强度进行测试,利用扫描电子显微镜对复合材料层间剪切破坏形貌进行观察。结果等离子体处理后,复合材料的吸水率由未处理时的0.51%下降到0.33%,复合材料层间剪切强度由49.4 MPa提高到62.9 MPa。等离子体处理时效后复合材料的吸水率增加到0.69%,复合材料的层间剪切强度下降到56.0 MPa。结论等离子体处理提高了复合材料界面性能,但等离子体处理的时效后,复合材料的界面性能及其耐湿热性能有所下降。等离子体处理及时效性对复合材料的弯曲强度和耐湿热性能变化不大。     

玻纤增强复合材料在厦门地区自然老化及寿命预测研究

目的 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的自然老化机理,预估该复合材料在厦门地区的使用寿命。方法 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂在厦门近海地区大气暴露、海水飞溅、海水全浸等3种方式下,自然老化3 a的表面形貌变化和力学性能变化规律。通过扫描电子显微镜、红外光谱仪观察试样的微观结构,解释老化机理。运用线性回归方程对该复合材料的使用寿命进行预测。结果 获得了该复合材料的拉伸强度和弯曲强度等力学性能在老化过程中的变化规律,得到了大气暴露方式下试样的线性回归方程,计算得到弯曲强度下降到75%时的使用寿命。结论 该复合材料在大气暴露方式下的自然老化程度最大,在海水全浸方式下的自然老化程度最小。在老化过程中,主要是复合材料表面的不饱和聚酯树脂老化、脱离。以弯曲强度下降到75%为失效指标,计算得出复合材料的寿命为93.3个月。     

高温下复合材料螺栓接头强度的试验研究

目的研究高温环境对树脂基复合材料螺栓连接接头的强度和破坏模式的影响规律。方法以T300/BMP316复合材料为研究对象,在室温~310℃范围内对不同宽孔比的螺栓连接接头开展拉伸试验研究。结果获得了不同宽孔比、不同温度环境下树脂基复合材料螺栓连接接头强度和破坏模式的变化规律。结论不同宽孔比螺栓接头试件的载荷-位移曲线既具有共性特征,又具有明显的差异。宽孔比对复合材料螺栓接头的拉伸强度和破坏模式均具有明显的影响,在相同温度下,接头的拉伸强度随着宽孔比的增大而下降,其破坏模式将由拉伸-挤压破坏逐步向剪切-挤压破坏转变,宽孔比越大,拉伸破坏模式占的比重越小,而剪切破坏占的比重越大。试验温度虽然没有改变同一宽孔比复合材料螺栓接头的破坏模式,但对其拉伸强度影响明显,相同宽孔比下复合材料螺栓接头静载强度随着温度的升高而降低,这是由于随着温度的升高,树脂基体的性能下降明显,使得接头中更易出现拉伸破坏和挤压破坏等,进而大大降低了复合材料螺栓接头的强度。     

废印刷线路板非金属粉-木塑复合材料性能

利用废印刷线路板非金属粉、木粉和聚氯乙烯制备复合材料,研究了复合材料的物理力学性能.结果表明:添加40目(0.35 mm)粒径非金属粉的非金属粉-木塑复合材料的各项性能整体优于添加20目(0.83 mm)粒径的复合材料;随着复合材料中40目粒径非金属粉替代量的增加,复合材料冲击强度、静曲强度整体呈下降趋势,内结合强度总体呈上升趋势, m(非金属粉)∶m(木粉)为30∶20时,静曲强度和内结合强度分别为31.74 和2.10 MPa,满足相应的国家标准和行业标准;40目粒径非金属粉-木塑复合材料的静曲模量随着非金属粉和木粉比率的增加先上升后下降,在m(非金属粉)∶m(木粉)为15∶35时达到最大值(2 853 MPa);24 h吸水厚度膨胀率和24 h吸水率分别优于硬质纤维板国家标准和地板基材用纤维板行业标准要求值.      

B4C陶瓷基复合材料的海水腐蚀研究

以TiAl金属间化合物为烧结助剂对B4c陶瓷进行活化强化烧结,制备出B。c陶瓷基复合材料,通过电化学阻抗、扫描电镜等手段对其耐海水腐蚀性能进行了研究,并由此对其腐蚀机理进行了探索。在60d的浸泡过程中,海水对B4c复合材料的腐蚀主要表现为对材料中TiB2相的腐蚀,腐蚀过程可分为海水中有害粒子对材料表面氧化膜的穿透、海水对TiB2相腐蚀及TiB2相表面氧化膜重新生成3个阶段,材料的耐海水腐蚀能力呈先下降后上升的趋势。     

航空用碳纤维增强树脂基复合材料低温环境下弯曲性能变化研究

目的研究航空用碳纤维增强中温固化环氧脂基复合材料单向层压板在低温环境下不同试验方式弯曲性能的变化规律。方法通过改变压头半径、跨厚比、以及压头与试样之间有无塑料薄膜衬垫等试验方式,研究-50℃低温环境下不同试验方法弯曲性能的变化规律。结果低温环境下,不同的试验方式对碳纤维增强树脂基复合材料弯曲性能测试数据的影响有所不同。当使用塑料薄膜衬垫时,会显著降低试样上表面压头部位的应力集中,在低温环境下试样弯曲性能变化最低;当压头半径减小时,低温环境对试样弯曲性能影响最显著。结论如需测量温度对试样弯曲性能的影响,建议选择压头半径较小,无塑料薄膜衬垫,跨厚比L/h为32:1的试验方案。     

碳纤维环氧复合材料盐雾老化试验研究

采用中性盐雾条件模拟海洋大气环境进行了加速老化试验,研究了碳纤维环氧复合材料在海洋气候中的耐久性.分析了该复合材料经盐雾老化试验后的质量、层间剪切强度和弯曲强度的变化,结合湿热老化机理,研究了其老化规律.结果表明,随着试验时间的增加,复合材料的吸湿量增加,力学强度下降,表现出塑性特征.在吸湿最初阶段对力学性能影响最大,...     

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。     

TDE-85环氧/碳纤维复合材料热老化试验研究

采用动态热分析仪对TDE-85环氧/碳纤维复合材料进行测试,并在探索试验基础上,开展了一系列温度的热老化试验,选择弯曲强度作为TDE-85环氧/碳纤维材料的贮存寿命评定指标,通过对热老化试验后样品弯曲强度数据的统计分析,预测了其贮存寿命。     

Modifying glass fiber surface with grafting acrylamide by UV-grafting copolymerization for preparation of glass fiber reinforced PVDF composite membrane

Experimental design and response surface methodology(RSM) were used to optimize the modification of conditions for glass surface grafting with acrylamide(AM) monomer for preparation of a glass fiber reinforced poly(vinylidene fluoride)(PVDF) composite membrane(GFRP-CM). The factors considered for experimental design were the UV(ultraviolet)-irradiation time, the concentrations of the initiator and solvent, and the kinds and concentrations of the silane coupling agent. The optimum operating conditions determined were UV-irradiation time of 25 min, an initiator concentration of 0–0.25 wt.%,solvent of N-Dimethylacetamide(DMAC), and silane coupling agent KH570 with a concentration of 7 wt.%. The obtained optimal parameters were located in the valid region and the experimental confirmation tests conducted showed good accordance between predicted and experimental values. Under these optimal conditions, the water absorption of the grafted modified glass fiber was improved from 13.6% to 23%; the tensile strength was enhanced and the peeling strength of the glass fiber reinforced PVDF composite membrane was improved by 23.7% and 32.6% with an AM concentration at 1 wt.% and 2 wt.%. The surface composition and microstructure of AM grafted glass fiber were studied via several techniques including Field Emission Scanning Electron Microscopy(FESEM), Fourier transform infrared spectroscopy-attenuated total reflectance(FTIR-ATR) and energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX). The analysis of the EDX and FTIR-ATR results confirmed that the AM was grafted to the glass fiber successfully by detecting and proving the existence of nitrogen atoms in the GFRP-CM.     

基于声发射技术的T700碳纤维/树脂基体界面性能评估

目的 采用声发射技术,对东丽T700碳纤维和2款树脂基体的界面性能进行评估。方法 通过多组单丝拉伸试验,获取T700碳纤维Weibull形状参数m和尺度参数σ₀。使用单纤维断裂方法,利用声发射技术进行监测,选择声发射信号的幅值和能量作为特征,对T700碳纤维和透明的E51环氧树脂及不透明的聚苯硫醚树脂的单纤维断点数量分别进行评估,并与显微镜观察的数量进行对比。结果 获取了T700碳纤维与2种树脂的单纤维断裂声发射信号特征数值。通过声发射监测和显微镜观察法,测量得T700碳纤维与E51环氧树脂的界面剪切强度分别为44.03、46.47 MPa,偏差在5.5%左右。通过声发射技术,测量得T700碳纤维与聚苯硫醚树脂的界面剪切强度达33.43 MPa。结论 使用声发射技术能够准确监测碳纤维/树脂界面中单纤维的断裂信号,为评价纤维和不透明树脂的界面性能提供了有效方法。     

聚磷酸钙可降解纤维研究

为解决材料在环境中的降解问题,制备了聚磷酸钙纤维．研究表明其结构为无定形玻璃态,抗拉强度为１．９０ＧＰａ,弹性模量为６７．５ＧＰａ,并可发生化学降解,故可作为可降解复合材料的增强纤维