复合材料薄壁结构老化性能研究.pdf

　４８　复合材料薄壁结构老化性能研究　２０１４年６月　复合材料薄壁结构老化性能研究　　　　　　　　卢东滨，陈平，白天，柴朋军　　　　　　　　　　　（１．海军驻北京地区特种导弹专业代表室，北京１０１１０１；２．北京玻钢院复合材料有限公司，北京１０２１０１）　　摘要：本文主要研究了复合材料薄壁结构的耐老化性能，用加速老化的试验方法预测了薄壁结构的老化性能和老化寿　　命。重点考虑了温度、湿度和光照的变化对薄壁结构性能造成的影响和变化趋势。　关键词：复合材料；薄壁结构；老化；试验　　　　———　中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３０９９９（２０１４）０６００４８０４　　ｌ前　言　　复合材料具有比强度高、比模量大、耐腐蚀和结　　　　　构可设计性强等优点，因此被广泛应用于交通、建　筑、化工和军工等各个行业，其应用以数量级的速度　增长。复合材料薄壁结构具有承载、耐温等优异性　能。解决了复合材料薄壁结构产品的结构、耐热等　　　功能一体化的材料技术研究，且大面积、薄壁、高精　　度的模具设计、制造研究技术以及复合材料薄壁结　　构的工程化技术已得到解决。本文主要描述了复合　材料薄壁结构耐久性的研究过程和得出的结论。　　　２实验部分　本试验采用与复合材料薄壁结构同种工艺生产　　　　　　　　　　　　　的试验件。试验件材料为玻璃纤维增强乙烯基　　树脂。　　　　２．１试验件的尺寸　　为了便于比较，所有试验件尺寸引用国家标准，　　详见表１。　　　　表１试验测试的性能、使用的标准及试体数量　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｔｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｕｓｅｏｆｓｔａｎｄａｒｄ　　　　ａｎｄｔｒｙｂｏｄｙｑｕａｎｔｉｔｙ　　　　　２．２试验方法　（１）热老化试验　　　该试验参照ＧＪＢ１５０．３－８６（（军用设备环境试验　℃　方法（高温试验）》进行，温度分别为３７、５０￣Ｃ、　　　收稿日期：２０１４－０３－０４　　本文作者还有付朝军。　　　　　作者简介：卢东滨（１９８９一），男，主要从事复合材料方面的研究。　｜　｜　６℃℃　　　　６４、８０，时长分别为４００ｈ、８００ｈ、１２００ｈ、１６００ｈ、　　　２０００ｈ；按照ＪＢ／Ｔ３７３０．１９９９《绝缘材料耐热性能试　　　　　　　　验方法》进行１５０￣（２空气环境１５个周期的老化试　　　验，每个周期３ｄ（７２ｈ）。　（２）耐湿热试验　　—　该试验参照ＧＪＢ１５０．９８６《军用设备环境试验　　　℃　　　方法（湿热试验）》，进行温度为５０和７０￣Ｃ，相对　　　　　湿度分别为７５％和９５％，时长分别为５ｄ、１０ｄ、１５ｄ、　　２０ｄ、２５ｄ、３０ｄ取样进行测试。　（３）阳光辐射试验　　—　该试验参照ＧＪＢ１５０．７８６《军用设备环境试验　　　　　方法（太阳辐射试验）》进行，总辐射强度为１１２０±　　　　　　　　１０％Ｗ／ｍ，紫外光强度为６８Ｗ／ｍ，温度的选取为℃　　４９（适用世界范围），循环热效应分别为７２ｈ、９６ｈ、　　１２０ｈ、１４４ｈ、１６８ｈ，循环次数为１０。　　　２．３试验结果分析　　２．３．１热老化试验结果分析　　材料热老化试验后出现的主要问题是变色与变　　　　形，没有产生粉化、裂纹、斑点、起泡、组分渗出等其　　　他老化现象。图１至图４为热老化实验数据分析图。　　　图１热老化拉伸强度　　　　　　Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ　　２０１４年第６期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　５１　℃　根据１５Ｏ老化试验数据，拉伸强度与试验时间　　对数的关系得出线性方程Ｙ＝一３１．４８５ｘ＋４０７．９１。　　根据线性方程得出：在复合材料产品存储１０年　　（换算成小时为１０ｙ×３６５ｄ×２４ｈ＝１．０５×　　　１０）时，　　即时间对数值为（１ｏｇｌ０。＋ｌｏｇ１．０５）６．０２时，拉伸强　　度为２１８ＭＰａ；在产品存储２０年（２０ｙ×３６５ｄ×　２４ｈ＝２．１×　　１０。）时，即时间对数值为（１ｏｇｌ０＋ｌ０ｇ２．１）６．３　　　　　　　时，拉伸强度为２０８ＭＰａ；在存储３６年时强度降为　　　　　２００ＭＰａ。试验数据和材料寿命预测说明该材料具　　有较好的耐老化性能。　　　　３结论　　　　通过对复合材料薄壁结构材料的热老化试验、　　　　　湿热老化试验及阳光辐射试验可以得出，该材料的　　　　　拉伸、压缩、弯曲、剪切等性能在试验条件下的性能　保留率较高，该材料具有较好的耐老化性。　参考文献　　　　　　　　　［１］邹国发，等．ＮＹ９２００树脂基复合材料老化性能研究［Ｊ］．烘都　　科技，２００５，（１）．　　［２］肇研，梁朝虎．聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法［Ｊ］．　　航空材料学报，２００１，（２）．　　　　　『３］何纯雷．碳纤维／环氧树脂复合材料加速热氧老化研究［Ｊ］．玻　　　璃钢／复合材料，２０１２，（２）：２５－２９．　［４］吕新颖，等．碳纤维复合材料湿热性能研究进展［Ｊ］　合材料，２００９，（３）：７６－８０．　　　　　　　　［５］李忠恒，等．ＳＭＣ制品耐老化性能的试验研究［Ｊ］　　合材料，２０１０，（６）：６３－６７．　玻璃钢／复　玻璃钢／复　［６］雷文，等．不饱和聚酯树脂／大麻纤维复合材料的热氧老化［Ｊ］．　　玻璃钢／复合材料，２００９，（５）：３６－４１．　　　　　　［７］刘明，孙志华，等．复合材料自然环境老化试验方法［Ｊ］．玻璃钢／　　复合材料，２０１０，８２．　　　　　［８］詹茂盛，张继华．单束纤维增强树脂基复合材料的热水老化性能　　　研究［Ｊ］．塑料，２００４，（４）：６２．　　　　　　　［９］孙博．复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测［Ｊ］．玻璃　钢／复合材料，２０１３，（４）：２８－３４．　　　　　　　［１０］李敏，张宝燕．５４２８／Ｔ７００复合材料的耐湿热性能［Ｊ］．纤维复　　合材料，２００６，（３）：３．　　　　　　　　　［１１］过梅丽，肇研，等．航空航天结构复合材料湿热老化机理研究　　［Ｊ］．宇航材料工艺，２００２，（４）：５１．　　　　　　　［１２］汪勇，汤剑飞．蜂窝夹层复合材料老化强度与疲劳性能的试验　　研究［Ｊ］．实验力学，２００４，１９（３）．　　　　　　　　［１３］田晶，等．碳复合材料壳体老化性能［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，　２００１，（６）．　　　　　　　［１４］叶宏军，詹美珍．Ｔ３００／４２１ｌ复合材料的使用寿命评估［Ｊ］．材　　料工程，１９９５，（１０）：３．　［１５］查友其，等．真空吸附成型玻璃纤维／环氧复合材料自然老化　　特性试验研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１２，（５）：７１＿７４．　　　　　　　’　ＳＫＩＮＡＧＩＮＧＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦＣＯＭＰｏＳＩＴＥＭＡＩＥＲＩＡＬＳ　　　　　　　　ＬＵＤｏｎｇ－ｂｉｎ，ＣＨＥＮＰｉｎｇ，ＢＡＩＴｉａｎ，ＣＨＡＩＰｅｎｇ－ｊｕｎ　　　　　　　　　　　（１．ＳｐｅｃｉａｌＭｉｓｓｉｌｅＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＳｅｃｔｉｏｎｏｆＴｈｅＮａｖｙＢｅｒｉｎｇＡｒｅａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１１０１，Ｃｈｉｎａ；　　　　　２．ＢｅｉｊｉｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２１０１，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅａｇｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｋｉｎｓ，ａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｓｓｋｉｎＳａｇｉｎｇｐｒｏｐｅｒ　　ｔｉｅｓｂｙ　　　　　　　　　　　　　　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｇｉｎｇｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙａｎｄｓｕｎｌｉｇｈｔｏｎｔｈｅ　　　　　　　　　　ｓｋｉｎＳｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｓｗｅｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄａｌｓｏ．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｓｋｉｎ；ａｇｉｎｇ；ｔｅｓｔ