苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。     

游艇用碳纤-玻纤混杂增强复合材料耐盐雾性能研究及寿命预测

制备游艇用2597PT不饱和树脂/玻璃纤维/碳纤维复合材料,通过人工加速老化方法,对其进行盐雾老化实验,研究其在盐雾环境下性能演变规律,建立其对应的寿命模型并进行寿命预测。研究表明,盐雾老化50 d后,玻璃化转变温度上升14. 1℃,复合材料拉伸强度下降14. 6%,弯曲强度下降14. 5%,且随着盐雾老化时间的增加,复合材料力学性能逐渐降低,且在老化初期下降较为明显;在Gunyaev剩余强度理论的基础上,拟合得到其剩余弯曲强度公式为S=S0+17. 02 (1-e-2. 87t)-13. 55ln (1+2. 14t),相关系数R~2=0. 94;结合中国船级社《材料与焊接规范》要求,预测此材料在上述条件下可使用约1 000 d。     

盐侵蚀环境下防船撞设施套箱外壳用GFRP材料老化性能研究

设计了一种套箱结构防船撞设施,并对套箱所用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)进行了不同盐侵蚀环境下的加速老化试验。结果表明：高温（65℃）盐水环境对GFRP的老化性能影响最大,其次为盐雾环境,最小的为低温（35℃）盐水环境,温度是影响GFRP材料老化性能的最重要因素;中值老化公式模型对于老化寿命的预测精度明显高于老化动力学模型,35℃和65℃盐水浸泡环境下GFRP材料的使用寿命分别为138年和0.25年,在高温盐水环境下GFRP的使用寿命明显降低;通过加速老化试验,获得了GFRP在不同温度下的寿命转化方程,可对不同环境温度服役下的套箱使用寿命进行预测。     

吸水对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能影响的研究

采用连续玻璃纤维增强聚丙烯(PP)预浸布制备复合材料层压板,通过人工加速老化的方法,对不同铺层的连续玻璃纤维增强PP复合材料进行常温、60℃、80℃的海水浸泡实验,研究连续玻璃纤维增强PP复合材料的弯曲强度随老化时间、老化温度等因素的变化规律及性能退化趋势。研究表明,老化初期吸水趋势符合菲克扩散,老化程度与时间和温度成正比关系。对试样断裂部分拍摄扫描电子显微镜(SEM)图像,观察不同环境条件下样品老化情况,老化温度越高、时间越长,增强纤维与树脂基体界面腐蚀越严重。     

玻璃钢在盐雾环境中腐蚀机制和性能演变规律的试验研究

本文在总结复合材料在海洋的盐雾环境中使用的材料腐蚀理论基础上,分析复合材料发生腐蚀的主要形式和历程,模拟自然环境试验设计不同盐雾温度、不同老化时间下的加速老化试验,通过材料表面形貌、玻璃化转变温度、微观结构的变化来评价玻璃钢在盐雾中的腐蚀性能,着重分析温度、时间对材料腐蚀性能的影响规律;根据中值老化寿命和剩余强度之间的关系式,建立了加速寿命规律模型和寿命预测模型;根据试验中玻璃钢力学性能随老化时间的衰减多数情况下具有一致的规律性,建立了盐雾环境中玻璃钢力学性能随老化时间的衰减三线型模型。试验结果表明,在盐雾环境中,玻璃钢除了可见的外观发生变化外,其玻璃化转变温度、表面巴氏硬度、拉伸强度和弯曲强度均呈现下降趋势,并且随温度的提高和腐蚀时间的延长,性能下降会进一步加大;中值老化寿命和剩余强度之间的关系式能比较好地描述聚合物基复合材料自然老化规律和加速老化规律,力学性能随老化时间的衰减三线型模型能够直观的反映玻璃钢在盐雾环境中加速老化的各个阶段。     

游艇用玻纤–碳纤混杂增强复合材料耐盐雾研究及寿命预测

制备游艇用玻纤–碳纤混杂增强2597PT不饱和树脂复合材料,应用人工加速老化方法,对其进行盐雾老化实验,研究其在三种盐雾条件下(盐度6%,温度50℃;盐度6%,温度25℃;盐度3%,温度50℃)的性能演变规律,建立其对应的寿命模型并进行寿命预测。研究表明:材料盐雾老化后与老化前相比,特征官能团的吸收峰位置未发生变化;随着老化时间的增加,材料力学性能均呈现下降的趋势,且在盐度6%,温度50℃条件下老化最为严重;在G.M. Gunyaev剩余强度理论基础上,采用origin对其进行非线性拟合,得到老化最严重的盐雾环境(即温度50℃、盐度6%)下材料剩余拉伸强度公式,相关系数R2=0.99,结合CCS《材料与焊接规范》 2018版要求,预测此材料在盐度6%,温度50℃条件下可安全使用约2 000 d。     

混杂纤维增强环氧树脂复合材料电缆芯湿热老化性能研究

高温高湿条件下对玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯进行加速湿热老化试验,比较了两种直径的复合材料电缆芯在相同老化条件下的力学性能,并从微观角度分析了湿热老化后力学性能下降的原因。结果表明,该复合材料电缆芯耐湿热老化性能较好,在80℃及RH95%下老化1750h后其弯曲强度保留率大于65%,层间剪切强度保留率大于58%。     

湿热盐雾环境对硅橡胶老化性能的影响

通过甲基乙烯基硅橡胶（简称硅橡胶）在热空气（空气）、纯水（水）、人工海水（海水）、湿热和湿热盐雾5种不同老化环境中的对比试验,探究湿热盐雾环境对硅橡胶力学性能的影响。结果表明：在不受力的状态下,水对硅橡胶拉伸强度等力学性能的影响不明显;在压缩应力作用下,水对硅橡胶压缩永久变形有明显的加速作用;与空气中试验结果相比较,湿热盐雾对硅橡胶的老化加速作用不明显,其加速效果与同等湿度条件下硅橡胶的加速效果一致。     

环氧树脂/混合纤维复合材料高温及盐雾老化性能研究

采用连续拉挤成型工艺制备了环氧树脂/玻璃纤维带/玻璃纤维/碳纤维复合材料,研究了该复合材料的玻璃化转变温度、耐高温强度和盐雾老化对外观、微观组织、质量及拉伸强度的影响。结果表明:在120℃长期高温环境下,复合材料的拉伸强度较为稳定,保持率达到95%;盐雾老化对复合材料质量和强度的影响趋势类似,老化240 h后其性能趋于稳定,老化600 h时材料的质量和拉伸强度的变化率分别为5.21×10~(-2)%和5.52%。     

航空用国产碳纤维/聚酰亚胺复合材料耐环境老化性能北大核心CSCD

选用国产T800级碳纤维和聚酰亚胺(PI)树脂通过RTM工艺制备了聚酰亚胺复合材料。采用酸性盐雾、湿热环境对复合材料进行老化处理,另外采用润滑油、燃油、蒸馏水、人工海水常温浸泡复合材料1000 h,研究复合材料的耐热及典型力学性能变化。结果表明:酸性盐雾处理后材料的弯曲和层剪性能小幅降低,开孔拉伸性能无变化,开孔压缩性能显著降低,耐热性能轻微降低。湿热处理对开孔拉伸性能无影响,开孔压缩性能及耐热性能轻微降低。液体浸泡后复合材料的面内剪切强度和模量均有所降低,对室温面内剪切性能的影响大于高温性能,层间剪切性能未明显降低,开孔压缩性能轻微下降。润滑油浸泡造成耐热性轻微降低,其余液体浸泡未造成耐热性下降。结合上述结果认为该聚酰亚胺复合材料的耐环境性能良好。     

玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥的加速老化试验与微观机理

为了研究玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥材料的长期强度,正确评价其耐久性能,采用SIC(Strand In Cement)试验方法,分别测定了玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥GRBMS试样在50℃、80 ℃热水加速老化试验条件下的抗折强度变化.运用XRD和SEM分析其水化产物组成和微观结构形貌,观察了玻璃纤维在碱式硫酸镁水泥基体中的腐蚀特征.结果表明:GRBMS试样试样在老化条件下,抗折强度随着时间的增加有明显的下降,原因是碱式硫酸镁水泥中针杆状的517相分解为片状无胶结性能的Mg(OH)2;80℃老化下试样强度保留率达到50％所用的时间为12d,而氯氧镁水泥试样失效时间只有3d,因此玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥材料老化寿命时间长,更适合应用于实际工程中.     

碳纤维复合材料湿热性能研究进展

对于碳纤维增强树脂基复合材料,湿热环境条件对其力学性能的影响非常明显,可导致其强度和刚度下降.在研究了国内外关于碳纤维增强树脂基复合材料湿热老化性能的基础上,从理论模型和试验方法两方面分析了复合材料吸湿模型和扩散机理,结合实际需求对国内外关于碳纤维复合材料湿热性能的试验方法和测试手段进行了评价,认为目前湿热加速老化性能的研究具有一定的局限性,并提出了研究思路.     

Investigation of basalt fiber composite aging behavior for applications in transportation

New materials such as basalt fiber offer the promise of innovative applications in transportation because of documented strengths (V. Ramakrishnan, N.S. Tolmare, and V. Brik, “NCHRP‐IDEA Program Project Final Report, ” Transportation Research Board, Washington, DC, (1998)). Previously, we found that mechanical properties of basalt twill fabric‐reinforced polymer composites were comparable to composites reinforced with glass fabrics of similar structures [Q. Liu, M.T. Shaw, R.S. Parnas, and A.M. McDonnell, Polymer Composites, 27(1), 41 (2006)]. Use in transportation also requires knowledge of environmental durability. This study reports the tolerance of basalt‐fiber‐reinforced polymer composites to salt water immersion, moisture absorption, temperature, and moisture cycling. Parallel tests were conducted for the corresponding glass‐reinforced polymer composites. Aging for 240 days in salt water or water decreased the Young's modulus and tensile strength of basalt composites slightly but significantly (p < 0.05). Freeze‐thaw cycling up to 199 cycles did not change the shear strength significantly, but aging in hot (40°C) salt water or water did decrease the shear strength of basalt composites (p < 0.05). The aging results indicate that the interfacial region in basalt composites may be more vulnerable to damage than that in glass composites. POLYM. COMPOS., 27:475–483, 2006. © 2006 Society of Plastics Engineers     

浸水时间对不同复合材料吸水率及其力学性能的影响

 以不饱和聚酯树脂（UPR）为基体,玻纤布、苎麻布及碱式硫酸镁晶须为增强材料。采用模压工艺制备复合 材料。研究了不同复合材料在30℃及50℃水中浸泡时间对其吸水率及其力学性能的影响。结果表明,所有复合材料 的吸水率均随着浸泡时间的延长而逐渐增加,且在起初的0~8h时快速吸水,之后趋缓或不变|50℃时的吸水率总是 高于30℃时的吸水率|玻纤布对UPR的增强效果明显优于苎麻布|与晶须混杂后将降低玻纤布或苎麻布增强聚合物复 合材料的拉伸强度和冲击强度,但却将增加弯曲强度和拉伸模量|随着浸泡时间的延长,玻纤布增强或玻纤布与晶 须混杂增强复合材料的拉伸强度在30℃和50℃时均将下降|苎麻布增强复合材料的冲击强度分别在30℃和50℃水温 浸泡16h时达到最大值,分别为49.1kJ/m2 和48.8kJ/m2,比浸水前的冲击强度分别提高98.78% 和97.57%,而苎麻布 与晶须混杂增强复合材料在两个试验温度下的冲击强度均随着浸泡时间的延长而单调增加。     

Dynamic mechanical study of epoxy,epoxy/glass,and glass/epoxy/wood hybrid composites aged in various media

It was proposed and subsequently established that wrapping of red oak wood crossties with epoxy impregnated glass fiber composites will impart longer service life and better stiffness and strength characteristics to these hybrid ties than conventional ones and will help them better withstand environmental extremes. The objective was to understand the degrading effects of aqueous (distilled water), saline (NaCl), acidic (HCl), and alkaline (NaOH) solutions, as well as accelerated aging and freeze/thaw cycling environments on the dynamic and static mechanical properties of these hybrid materials (i.e., wood, wrapped with fiber reinforced resin) and their components. Also micrographs of composite samples, obtained through scanning electron microscopy (SEM), were studied to determine the failure mechanism of composite specimens aged in different environments. Results showed that immersion in aging media lowered the glass transition temperature (T_g) and enhanced apparent phase separation in the samples because of polymer plasticization. In water immersion, the T_g and the stiffness increased with time owing to continued resin curing. At ambient temperature, sustained load had little effect on the mechanical behavior of the aged samples. The extent of degradation was the least for samples aged in salt solution. Soaking in room‐temperature acid solution was most damaging to pure red oak wood samples. Six‐cycle aging did not damage the neat resin or the hybrid samples, whereas it damaged pure wood specimens. Therefore, the composite wrapping around the wood core of the hybrid sample protected it sufficiently, thereby preventing damage to the hybrid specimen during the aging process. POLYM. COMPOS., 2009. © 2008 Society of Plastics Engineers     

玻璃纤维/聚氨酯复合材料耐腐蚀和耐UV研究

采用连续拉挤工艺制备玻璃纤维/聚氨酯复合材料(FRPU),研究在酸、碱、盐溶液中的浸泡时间和紫外光(UV)老化时间对FRPU力学性能的影响。结果表明,垂直于玻纤方向性能下降趋势比平行方向更明显;经过60℃的酸/碱/盐溶液浸泡后,FRPU的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度随着时间的延长逐渐下降,下降幅度依次为碱>酸>盐;在紫外光照射老化后,FRPU的力学性能呈现出先增加后减小的趋势,垂直方向减小的趋势更明显。     

高性能玻璃纤维增强氯氧镁水泥的加速寿命试验与微观机理

利用SIC( strand in cement)试验方法,测定了玻璃纤维增强氯氧镁水泥(glass fiber reinforced magnesium oxychloride cement,GRMC)板材在80℃热水加速老化试验条件下的弯曲强度变化,研究了其加速试验寿命,并运用XRD、DSC -TG、FT-IR和SEM分析其水化产物组成和微观结构形貌,观察了玻璃纤维在氯氧镁水泥基体中的腐蚀特征.结果表明:未添加任何改性剂的普通GRMC在80℃热水加速老化2.5d后,其主要水化产物5·1 ·8大量分解,物相以叶片状的Mg( OH)2为主,促使玻璃纤维被基体腐蚀,导致力学性能急剧下降,预期使用寿命不超过4y.掺加复合抗水外加剂和矿渣的高性能GRMC由于5·1 ·8相的稳定存在和玻璃纤维不被腐蚀,在加速老化试验条件下的强度保留率高达60％以上,预期使用寿命超过了50 y.因此,5·1 ·8的稳定存在是保证高性能GRMC的玻璃纤维稳定性和长期耐久性的重要基础.     

Fabrication and characterization of functionally graded nanoclay/glass fiber/epoxy hybrid nanocomposite laminates

In this work, hardness, tensile, impact, bearing strength and water absorption tests were performed to study the mechanical properties of stepwise graded and non-graded hybrid nanocomposites. Three different stepwise graded nanocomposites and one non-graded (homogeneous) nanocomposite with the same geometry and total nanoclay content of 10 wt% were designed and prepared. Moreover, one neat glass fiber laminate was manufactured. The results of the tests indicated that addition of the graded and non-graded nanoclay improves hardness over neat glass fiber reinforcement. The maximum increase in hardness of about 53% over neat specimen is obtained for specimens that have the highest weight percentage (2 wt%) of the clay nanoparticles on its surface (S-specimen and the side of F-specimen that reinforced with 2 wt% nanoclay). The gradation process results in an increase in hardness of about 11% compared with non-graded (homogeneous) specimen. In addition, an improvement of 11.9% in strain-to-failure is achieved with specimen having greatest amount of nanoclay in the middle over neat glass fiber/epoxy composite. The other nanoclay-filled glass fiber composites have strain-to-failure close to neat glass fiber/epoxy. The addition of nanoclay reinforcement has insignificant effect on ultimate tensile strength, tensile modulus, water absorption, bearing strength and impact strength compared with neat glass fiber/epoxy.