复合材料力学课件第05章湿热效应

PP_PA6_APP_OMMT复合材料的湿热老化性能研究

PP/PA6/APP/OMMT复合材料的湿热老化性能研究 作者：陈雨玲， 伍玉娇， 蒙日亮， Chen Yuling， Wu Yujiao， Meng Riliang 作者单位：陈雨玲,伍玉娇,Chen Yuling,Wu Yujiao(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵阳 ,550003;贵州省材料技术创新基地,贵阳,550014)， 蒙日亮,Meng Riliang(东风柳州汽车有 限公司,柳州,545000) 刊名： 工程塑料应用 英文刊名：ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 年，卷(期)：2010,38(10) 参考文献(14条) 1.王晓洁;梁国正;张炜湿热老化对高性能复合材料性能的影响[期刊论文]-固体火箭技术 2006(04) 2.马建忠聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料老化性能研究 2007 3.杨育农;胡行俊;龚浏澄塑料老化与防老化技术 2007 4.郭宝春;傅伟文;贾德民湿热老化对氰酸酯树脂/酚醛环氧树脂共混物结构与性能的影响[期刊论文]-复合材料学报 2002(03) 5.肇研;梁朝虎聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法[期刊论文]-航空材料学报 2001(02) 6.田晶;田开谟;陈光烈碳复合材料壳体老化性能[期刊论文]-玻璃钢/复合材料 2001(06) 7.叶宏军;詹美珍;古尼耶夫T300/4211复合材料的使用寿命评估[期刊论文]-材料工程 1995(10) 8.Arun Pasricha Effect of physical aging and variable stress history on the strain response of polymeric composites 1997 9.Wang J Z Physical aging behavior of high-performance composites 1995(05) 10.过梅丽;肇研;许凤和先进聚合物基复合材料的老化研究 2000 11.赵海超;杨凤;张学全原位聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征[期刊论文]-高分子材料科学与工程 2004(02) 12.Ma Jisheng;Qi Zongneng;Hu Youliang Synthesis and characterization of polypropylene/clay nanocomposites[外文期刊] 2001(14) 13.秦怀礼;张世民;阳明书聚酰胺6/蒙脱石纳米复合材料的紫外光老化[期刊论文]-高等学校化学学报 2004(01) 14.马继盛;漆宗能;张树范插层聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征[期刊论文]-高等学校化学学报 2001(10) 本文链接：https://www.360docs.net/doc/4215966569.html,/Periodical_gcslyy201010017.aspx

湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理

湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理 发表时间：2018-12-28T15:09:37.890Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：徐晓明 [导读] 总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。 徐晓明 航天长征睿特科技有限公司天津 300450 摘要：总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。 关键词：纤维增强树脂基复合材料；湿热老化；机理 复合材料湿热老化行为的研究主要通过人工加速湿热老化方法来开展，在不改变材料老化机理的前提下，用湿热试验设备模拟产品在储存、运输和使用过程中可能遇到的湿热环境条件，以考核产品对湿热环境适应性，包括湿热老化箱内湿热试验和恒温水浸试验。目前世界各国对此方面的研究多侧重于复合材料吸湿特性和湿热环境对复合材料力学性能和耐热性能的影响及机理，为了给相关研究人员提供参考，作者对此进行了综述。 1湿热老化对复合材料耐热性能的影响 纤维增强树脂基复合材料的耐热性能通常用其玻璃化转变温度（Ｔｇ）来表征，其值可以通过动态热机械分析试验（ＤＭＡ）测定，通过材料在等速升温过程中的弯曲振动，测定其模量、损耗因子随温度的变化曲线，曲线上损耗最大值对应的温度即为Ｔｇ。在湿热老化过程中，树脂基体中的某些分子运动单元受到抑制或者激活，这些变化可反映到Ｔｇ的变化上。Ｔｇ主要受树脂基体的影响，研究结果显示多数树脂基复合材料的Ｔｇ随湿热时间的延长而降低，初期下降较快，随着复合材料的吸湿量趋于饱和，Ｔｇ也趋于恒定值。 湿热老化导致复合材料耐热性能变化的原因主要包含两方面：温度引起的树脂后固化（化学变化）；复合材料吸湿溶胀、增塑产生的物理变化。树脂后固化增大了复合材料的交联密度，会引起Ｔｇ提高。而复合材料的吸湿，会导致水分子与基体中的某些极性基团相互作用，破坏基体内部原有极性基团相互作用而形成的交联点。另外，水分子体积较小，易渗透扩散，使基体发生增塑效应，为链段运动提供更大的自由体积，降低了材料的Ｔｇ。后固化和吸湿两种因素对Ｔｇ的影响结果相互冲突，某段时间内，具体哪种因素起主要作用因材料体系和固化工艺而异。室温固化的材料体系对后固化较敏感，湿热条件下后固化速度较快，高温固化（固化温度高于湿热试验温度）的材料体系则对后固化敏感度较低。不同材料体系的吸湿速率也不同，极性亲水基团多的体系吸湿快，缩聚固化的体系易产生较多的微孔，吸湿也较快。吸湿较快的材料体系中，吸湿引起的Ｔｇ的降低可抵消因后固化导致的Ｔｇ的升高。所以，在两种相反因素作用下，不同复合材料的耐热性能变化趋势也不完全相同。 研究表明，以ＤＭＡ谱图模量曲线中模量明显下降的起始点所对应的温度（Ｔｇｍｏｄ）来衡量复合材料的耐湿热性能是较为科学的，该温度可以认为是树脂基复合材料在承力条件下的极限使用温度。其研究结果显示，Ｔ３００／５２８４环氧树脂复合材料的Ｔｇ值随湿热老化时间的变化规律与Ｔｇｍｏｄ的变化大不相同，虽然湿热老化１２ｈ和４９．５ｈ后其Ｔｇ变化甚微，但Ｔｇｍｏｄ却有明显的变化。 2湿热老化对复合材料力学性能的影响 纤维增强树脂基复合材料吸湿后，它的力学性能将随吸湿率的变化而变化。不同力学性能（拉伸、压缩、弯曲和剪切等）有不同的影响因素，控制它们的材料参数也不同，因此，湿热环境对复合材料不同力学性能的影响取决于控制该性能的材料参数受到湿热环境影响的情况。湿热环境对复合材料力学性能的影响主要是通过对树脂基体以及增强纤维与树脂粘接界面不同的破坏程度而实现的。 研究表明，通常情况下单向复合材料的轴向拉伸性能主要受增强纤维控制，而大部分增强纤维在湿热老化过程中几乎不发生变化，所以该复合材料的轴向拉伸性能也不受湿热环境的影响。而准各向同性的层合板和单向复合材料的横向以及压缩、弯曲和剪切性能主要受树脂基体以及基体与纤维之间的界面粘结强度共同控制，故随湿热环境对基体以及基体与纤维之间界面的破坏程度增大而有所下降；温度越高、湿度越大，这些力学性能下降愈大，当达到平衡吸湿率时下降到最低点，且平衡吸湿率越大，这些力学性能保留率越低，复合材料受湿热老化破坏越严重。 当湿热老化对纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响主要通过树脂基体以及基体／纤维界面而产生作用时，具体机理包括以下几个方面：①树脂基体吸水塑化软化导致模量显著下降，其支撑作用和传递载荷的能力减弱；②树脂基体吸水产生微裂纹以及裂纹扩展，导致基体强度降低；③基体树脂与增强纤维的吸湿膨胀，但热膨胀量不一致，基体裂纹扩展至纤维、吸湿破坏基体树脂／纤维粘结界面的化学键等造成处树脂／纤维界面破坏、脱粘。湿热环境不仅影响纤维增强树脂基复合材料的力学性能，也影响其破坏模式，具体是何种破坏模式取决于基体强度和纤维／基体界面强度。若后者大于前者，则基体首先被破坏；若后者小于前者，则发生界面破坏。常温干燥环境下，多数破坏是基体和界面的混合破坏，高温高湿环境下多为界面的破坏。 如文献［3］研究了连续玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料（ＧＭＴ／ＰＰ）的界面状态与湿热稳定性关系，研究显示未经沸水浸泡，材料层间剪切断口的拨出纤维表面粘附有少量树脂，但经沸水浸泡后，纤维的表面变得光洁，未粘有树脂，呈现典型的界面破坏。 3结束语 随纤维增强树脂基复合材料技术的发展，其产品在高新科技、高端工业和国防领域的用途越来越广，用量也不断攀升，因此其老化问题得到人们的关注。目前对纤维增强树脂基复合材料湿热老化的研究普遍存在重复性，缺乏系统性，建议今后研究中注意：（１）目前有关复合材料的湿热老化问题的研究主要集中在纤维增强环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和乙烯基树脂等复合材料，应加强开展纤维增强其它树脂基功能复合材料及结构功能一体化复合材料的湿热老化研究，如，纤维有机硅树脂耐热透波复合材料、纤维／酚醛

复合材料期末复习资料讲解

复合材料C 复习 第一章概论 1. 复合材料的定义？ 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 三要素：基体（连续相）增强体（分散相）界面（基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用） 复合材料的特点：（明显界面、保留各组分固有物化特性、复合效应，可设计性） （嵌段聚合物、接枝共聚物、合金：是不是复合材料？？） 2、复合材料的命名 /Al f（纤维），w（晶须），p（颗粒）比如：TiO 2p 3. 复合材料的分类： 1) 按基体材料类型分为： 聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料(陶瓷基复合材料)。 2)按增强材料分为： 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料；有机纤维增强复合材料；晶须增强复合材料；陶瓷颗粒增强复合材料。 3) 按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。 结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。 功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。 第二章增强体 1、增强体 定义：结合在基体内、用以改进其力学等综合性能的高强度材料。 要求：1) 增强体能明显提高基体某种所需性能；2) 增强体具有良好的化学稳定性；3) 与基体有良好润湿性。 分类：f，w，p 2、纤维类增强体 特点：长径比较大；柔曲性；高强度。 玻璃纤维 主要成分：SiO 2 性能：拉伸强度高；较强耐腐蚀；绝热性能好。（玻璃纤维高强的原因（微裂

纹）及影响因素（强度提升策略：减小直径、减少长度、降低含碱量，缩短存储时间、降低湿度等）） 分类：无碱（E玻璃）、有碱（A玻璃） 制备：坩埚法（制球和拉丝）、池窑法（熔融拉丝）。 浸润剂作用：(i) 粘结作用，使单丝集束成原纱或丝束；(ii) 防止纤维表面聚集静电荷；(iii)进一步加工提供所需性能；(iv) 防止摩擦、划伤。（无偶联剂作用） 玻璃纤维表征：(i) 定长法：“tex”（含义）；(ii) 质量法：“支”（含义） 硼纤维 芯材：钨、碳和石英 制备：化学沉积（CVD）法原料：卤化硼或氢化硼 形貌：玉米棒状（W芯）光滑（C芯） 表面涂层：SiC （防止脆性相的产生or 便于与基体结合） 目前比模量和比强度最高的陶瓷增强纤维 碳纤维 1)制备：有机纤维碳化法 有机纤维前驱体满足条件：碳化过程不熔融，保持纤维形态，碳化收率高··· 三种重要的前驱体：聚丙烯腈；黏胶纤维（人造丝）；沥青纤维。 以PAN为例(制造高强度、高模量碳纤维多选用聚丙烯腈)：拉丝--牵引--稳定化--碳化--石墨化 拉丝：即PAN原纤维制备，湿法纺丝、干法纺丝，不能熔融纺丝；PAN特性：受热分解不熔融。 施加牵伸力目的在于使纤维产生择优取向，提高强度和模量。 碳纤维的表面处理方法（见第4章） 石墨纤维和碳纤维的区别：处理温度不同、C含量不同、晶型不同 碳纤维结构：乱层石墨结构。 特性：导热系数较高、线膨胀系数具有负的温度效应（可以抵消热胀冷缩现象） 例1)碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体，具有韧性好等特点，下列物质中可用于制造的是（）。 A、电话亭和餐桌椅 B、网球拍和钓鱼竿 C、飞机用隔热瓦 2)在PAN法制备CF的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个处理过程？（P20） 聚丙烯腈纤维（PAN）是线性高分子结构，耐热性差，高温会裂解，不能经受碳化的高温得到碳纤维，预氧化可避免直接碳化处理时爆发产生有害的闭环和脱氢等放热反应，防止后续工序中纤维熔并。碳化是在N 保护下进行热解反 2 应，将结构中不稳定部分与非碳原子裂解出去，同时进行分子间的缩合，形成碳素缩合环。石墨化处理可以使碳纤维发生石墨化结晶，形成石墨纤维，以较