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。     

环境升温过程对常温固化环氧树脂热力学性能的影响

目的提高常温固化环氧树脂体系的高温使用性能。方法采用常温固化剂T31、中温固化剂IPDA以及高温固化剂DDM作为混合固化剂,对E-44型和AG-80型混合环氧树脂体系进行常温固化反应,并分析环境升温过程对固化物热力学性能的影响。通过DMA分析、热变形测量、固化度测试,分别评价室温固化环氧树脂在环境升温过程前后的玻璃化转变温度、热变形量及体系内部的固化反应程度变化,并通过吸水率测试和弯曲强度测试对玻璃纤维布增强常温固化环氧树脂基复合材料的耐湿热性能以及高温条件下的力学性能进行分析。结果环氧树脂常温固化物的tg为85.21℃,经1.5℃/min的平均升温速率加热至90℃之后,该环境升温过程使固化物的固化度增大至92%以上,tg增长为132.06℃的同时热变形温度增大。其复合材料耐湿热性能提高,且100℃时弯曲强度的保持率为65%,对于加热至120℃的环境升温过程,固化物的固化度接近96%,tg增长为144.45℃的同时热变形温度进一步提高,其复合材料耐湿热性能改善程度更加明显,且130℃时弯曲强度保持率仍接近60%。结论常温、中温、高温混合固化剂的合理复配有助于环氧树脂体系在环境升温变化的诱导条件下发生梯度式固化反应,使体系内部的交联固化程度迅速升至较高水平,可以有效提高其玻璃化转变温度,显著改善常温固化环氧树脂体系在高温条件下的热力学性能。     

高温真空老化对X2101双马树脂基复合材料结构及力学性能的影响

目的研究高温-真空环境对新型X2101双马树脂基复合材料结构及性能的影响。方法采用管式炉分别在330,350,370,400℃等高温/真空耦合条件下对X2101双马树脂基复合材料层合板进行热老化处理,利用称重法、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、万能试验机和动态热机械分析仪(DMA)等测试手段表征分析老化条件对复合材料的质损率、化学结构、力学性能、动态力学行为的影响。结果复合材料的最高质损率低于4%。在350℃以下,热老化对基体树脂化学结构的影响较小,随着老化温度的升高,储能模量呈现出先增大后减小的趋势;350℃热老化10 h后复合材料的力学性能保持率在65%以上。结论 X2101双马树脂基复合材料是一种性能优良的耐高温结构材料,可用于制造在300℃高温下服役的航空航天结构件。     

碳纤维增强尼龙复合材料低温环境适应性试验设计与分析

目的设计碳纤维增强尼龙复合材料低温环境适应性试验,分析低温环境中材料性能变化特征和老化规律,研究该材料在低温条件下的环境适应性。方法选取碳纤维增强尼龙复合材料的冲击强度为主要表征指标,对制备的缺口冲击试样开展-50℃低温试验和寒冷低温气候的自然环境试验,定期测试其冲击强度性能,分析各试验条件下力学性能特征和老化趋势。结果低温条件下碳纤维增强尼龙复合材料会发生明显脆化,表现为冲击强度下降达40%以上,而从低温恢复到常温状态,该材料性能亦会恢复到稳定值附近。结论针对碳纤维增强尼龙复合材料在低温环境下的环境适应性,其低温使用时抗冲击能力会明显下降,出现"脆化"现象,但该材料低温贮存性能较为优异,结合自然环境试验结果,可认为,低温环境下该材料具有较好的环境适应性。     

热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料模拟使役工况试验研究

目的 研究装备动力舱在热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料性能随模拟使役工况试验时间的退化规律,提升装备动力舱热/自然交变环境效应控制水平。方法 以玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料为研究对象,以湿热、盐雾和高温试验为热/自然交变环境试验谱,以振动试验为加速因子,开展5个周期的实验室模拟使役工况加速试验,对比分析样件初始状态和每一个周期试验后的性能。结果 经模拟使役工况试验后,玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的颜色由白色逐渐变成黄色,SiO2气凝胶含量逐渐减少,纤维元素组成变化不明显,导热系数升高,隔热性能下降,且均在4周期模拟使役工况试验后出现明显变化。结论 玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料经5个周期的模拟使役工况试验后,其常温导热系数仅为0.026 4 W/(m.K),热面温度为200 ℃时,冷面平均温度仅为68.5 ℃,热/自然交变温差为43.5 ℃,具有良好的环境适应性。     

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。     

依托特定地域气象资料编制环境谱的尝试

通过一系列老化腐蚀试验确定环境因素中对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能影响显著的因素,并在此基础上,根据特定地域气象资料,对诸环境因素中对复合材料腐蚀行为影响较为显著的因子进行筛选、分析,依据一定的编谱原则,编制该地域的环境谱。     

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.     

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.     

CF8611/AC531复合材料的实验室加速老化行为研究

目的获得CFRP的老化行为规律,研究紫外辐照、温度和湿度等环境因素的影响,方法以湿热效应和光氧老化的等量、等效损伤为原则,确定实验室加速老化环境谱编制方法。以CF8611/AC531复合材料为对象,依据确定的加速老化试验方案,开展加速老化试验,观察其微观形貌,并测量开路电位和动电位极化曲线。结果老化前,CFRP表面完整无裂纹,碳纤维/树脂界面结合良好;老化后,树脂基体出现裂纹和孔洞,同时界面遭到破坏。极化曲线随着老化时间的增长会向右下方移动,自腐蚀电位微降,幅度为0.0326 V,自腐蚀电流密度增长了近1621倍。结论加速老化导致表面碳纤维裸露面积不断增大,时间越长,破坏作用越明显,实际使用中应防止其与金属直接接触。     

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。     

聚酯粉末涂料在湿热环境的自然老化与 氙灯老化的相关性研究

目的考查聚酯粉末涂料的自然和人工老化的相关性。方法在琼海湿热气候环境开展NH3307、NH5307、NH9307系列的三种聚酯粉末涂料的自然暴露试验,通过开展4种氙灯加速老化试验,比较自然和加速老化的相关性,选出最适合模拟湿热环境的氙灯加速老化方法。基于涂料的保光率,对模拟湿热环境的氙灯加速老化试验方法及自然湿热环境(琼海)的加速性进行探讨。结果经过24个月的自然老化后,NH3307和NH5307涂料的保光率下降到初始性能的50%左右,NH9307涂料下降到70%左右。氙灯加速老化方法 2对3种涂料加速因子分别为17.62、12.44和10.36。结论 NH9307涂料具有最好的耐候性。氙灯加速老化试验方法 2能够较好地模拟涂料在湿热环境中的老化过程。     

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。     

环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响

从环境因素对复合材料作用和大展弦比结构影响等方面分析了长航时无人机机体结构复合材料在服役环境中的损伤。结合目前国内外研究现状,扼要叙述了环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响研究领域当前的主要需求,提出了针对未来研究工作的若干建议。包括应以长航时无人机机体结构典型碳纤维增强树脂基复合材料和涂层体系为主要研究对象,开展跟随无人机的暴露试验和实验室模拟加速试验,研究复合材料在环境和载荷耦合作用下的力学性能变化,确定机体结构典型复合材料的损伤规律等。     

含硫污水系统耐蚀材料的筛选与应用

针对西北地区一综合炼油厂含硫污水管线的严重腐蚀问题，分析了腐蚀原因，确立了材料筛选方案，通过实验室静态挂片试验绘制了重量损失率变化曲线和现场挂片等试验手段，筛选推荐出了树脂玻璃钢耐蚀材料。工业生产应用结果表明，MFE-2型树脂玻璃钢是适用于该厂含硫污水系统的耐蚀材料，为类似装置的长周期运行提供了借鉴和经验。     

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。     

碳纤维环氧复合材料的加速腐蚀老化试验方法

碳纤维环氧复合材料是目前飞机制造中主要使用的结构材料,其在使用过程中可能会遇到各种环境,如雨雪、阳光、盐雾等,这些都能引起碳纤维环氧复合材料的腐蚀老化。主要介绍了海洋环境下碳纤维环氧复合材料的3种加速腐蚀老化的试验方法,即湿热老化试验、盐雾试验、人工气候老化试验。     

Preparation and characterization of PVDF-glass fiber composite membrane reinforced by interfacial UV-grafting copolymerization

A novel inorganic–organic composite membrane,namely poly(vinylidene fluoride) PVDF-glass fiber(PGF) composite membrane,was prepared and reinforced by interfacial ultraviolet(UV)-grafting copolymerization to improve the interfacial bonding strength between the membrane layer and the glass fiber.The interfacial polymerization between inorganic–organic interfaces is a chemical cross-linking reaction that depends on the functionalized glass fiber with silane coupling(KH570) as the initiator and the polymer solution with acrylamide monomer(AM) as the grafting block.The Fourier transform infrared spectrometer-attenuated total reflectance(FTIR-ATR) spectra and the energy dispersive X-ray(EDX) pictures of the interface between the glass fiber and polymer matrix confirmed that the AM was grafted to the surface of the glass fiber fabric and that the grafting polymer was successfully embedded in the membrane matrix.The formation mechanisms,permeation,and anti-fouling performance of the PGF composite membrane were measured with different amounts of AM in the doping solutions.The results showed that the grafting composite membrane improved the interfacial bonding strength and permeability,and the peeling strength was improved by 32.6% for PGF composite membranes with an AM concentration at 2 wt.%.     

纳米TiO_2膜的制备及其光催化性能

采用溶胶 凝胶法(Sol Gel)制备了负载型纳米TiO2膜,分别考察了原料配比、pH值、煅烧温度对薄膜性质的影响,并利用XRD对其结构进行了表征,同时,用负载型TiO2膜对活性艳红X 3B(X 3B)模拟染料废水进行了微波辅助光催化脱色的研究。结果表明,改变原料配比及pH值可以制备出不同粒径的纳米TiO2膜,在450℃煅烧时TiO2呈锐态矿结构,在650℃以上出现锐态矿与金红石混晶结构,750℃时完全转变为金红石结构。所制得的纳米TiO2薄膜对X 3B具有较好的光催化活性。