2种玻璃纤维增强复合材料在潮湿环境中的老化研究

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玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,简称GFRP)因为其轻质高强,可设计性好,耐候性好,能制备功能材料等优异性能已被广泛的运用于航空航天、船舶舰艇,导弹卫星等军事领域及交通、电子、建筑、能源等民用领域。我国GFRP的总产量2006年已居世界第二位,玻璃纤维的总产量在2007年已雄居世界第一。近年来,由于GFRP材料在民用建筑与桥梁方面的运用更是加快了 GFRP材料的发展。在广泛的运用及大量的生产背后是GFRP材料的耐久与维护问题。在潮湿环境下性能的退化规律是工程研究中待解决的问题。本文使用纤维、树脂、成型工艺均不相同的体系制作出2种GFRP试样,研究试样在35℃水浸泡、65℃水浸泡和盐雾3种潮湿环境与在35℃浸泡环境下老化4周的试样与在盐雾环境老化4周的试样交换腐蚀环境共5种潮湿环境下的外观形貌、吸水率、巴氏硬度和弯曲性能变化,探索GFRP材料在潮湿环境下的老化机理,在总结前人成果的基础上,找到了拟合程度较高的寿命预测方程,并计算出了实验环境下不同温度之间寿命关系式。研究表明:GFRP材料在潮湿环境中会发生明显的形貌和性能退化。1、在外观上,GFRP主要表现为颜色和透明度发生变化。老化后的试样均有发白及变浑浊现象,部分试样有明显的黄化现象。2、材料体系对GFRP材料的巴氏硬度影响程度最大,温度次之,盐雾环境再次之。真空体系巴氏硬度衰减幅度比手糊体系高143%,65℃环境衰减幅度比35℃环境高88.7%,盐雾环境衰减幅度比35℃浸泡环境高27.3%。3、材料体系对GFRP材料的吸水率影响最大,温度次之,盐雾环境再次。手糊体系吸水率均值比真空体系高56.27%,65℃环境下吸水率的均值比35℃环境下高28.9%,盐雾环境比35℃浸泡环境高21.85%。不同体系下,均为65℃浸泡环境下吸水率最高,盐雾环境次之,35℃浸泡环境下吸水率最低。4.5种不同环境和不同体系对GFRP试样弯曲强度的影响强弱顺序相同,按照试样衰减程度由高到低,依次为65℃浸泡环境,盐雾环境,盐雾-35℃浸泡环境,35℃浸泡-盐雾环境,35℃浸泡环境。不同环境对不同体系的弯曲模量影响较小且没有明显规律。5.中值公式拟合的平均决定系数高于动力学模型寿命公式拟合全部测量数据13.53%,高于动力学模型寿命公式拟合去除初始值后测量数据2.3%。6.通过整合理论,给出了不同体系在不同温度的寿命预测的计算方法并计算出手糊体系在该环境下的寿命转化方程为t1/(t2 =e^12896(1/T1-1/T2))真空体系在该环境下的寿命转化方程为t-1/(t2 =e^22135(1/T1-1/T2))。
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