胶粘剂在湿热环境下的老化行为规律及环境损伤机理

本工作选取硅橡胶胶粘剂、环氧树脂胶粘剂这两类典型胶粘剂作为研究对象,开展实验室湿热加速试验,从胶粘剂材料及胶接界面等角度研究其老化行为规律及环境损伤机理。结果表明,在试验初期上述两类胶粘剂均发生后固化反应,这导致样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度有所上升。随着老化持续进行,样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度逐渐下降。硅橡胶胶粘剂的界面破坏形式由内聚破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变,而环氧树脂胶粘剂的界面破坏形式由界面破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变。分析其可能的环境损伤机理,认为侧基氧化、Si-O结构环化解聚、水解和交联反应等可能存在于硅橡胶胶粘剂湿热老化过程中。就环氧树脂胶粘剂而言,其老化可能主要源于主链中C-N键等处链段降解,以及羟基、与N相连的亚甲基处发生氧化反应等。     

环氧胶接接头在酸介质中的老化行为研究

研究了环氧胶接接头在酸性介质中的老化行为,并用傅立叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了其失效的机理.结果表明,环氧胶接接头在酸性介质中老化后,其剪切强度明显降低;胶粘剂分子链的降解是环氧胶接接头胶接性能降低的主要原因;盐酸溶液对环氧胶接接头的破坏作用要比硫酸溶液强.     

硅烷处理对有机涂层／金属胶接接头力学性能的影响

研究了硅烷处理的胶接接头的力学性能,分析了硅烷处理对涂层/金属界面力学性能的影响.对碳钢表面进行硅烷处理,用环氧树脂胶黏剂粘接.对疲劳后的胶接接头施加静态载荷,通过分析硅烷处理胶接接头的应力-应变曲线及接头破坏形式,得出疲劳破坏与静载破坏的区别.结果表明:硅烷处理的胶接接头经一定周次疲劳后能提高接头的粘接强度,接头的破坏形式虽然为界面断裂但却为韧性断裂;接头静拉破坏形式为界面破坏和内聚破坏的混和破坏.     

铝合金-BFRP粘接接头的服役高温老化力学性能及失效预测EI北大核心CSCD

选取50℃和80℃的高温老化环境,结合设计的测试夹具测得高温老化0,10,20,30天后铝合金-BFRP(玄武岩纤维增强树脂基复合材料)粘接接头在1 mm/min加载速率下的准静态抗拉强度与剪切强度,并对接头的失效断面进行宏观分析。结果表明:80℃高温老化后,胶黏剂发生后固化反应,力学性能增强,BFRP发生化学键断裂,玻璃化转变温度(T g)降低;老化30天后,接头的抗拉强度下降,剪切强度上升;30天后拉伸接头失效断面出现分层,剪切接头出现胶层内聚与纤维撕裂的混合失效;50℃高温老化后,胶黏剂的力学性能略微上升,拉伸接头的失效强度变化不大,失效模式以纤维撕裂和分层为主;剪切接头的失效强度略微上升,失效模式以胶层内聚为主。根据二次应力准则对抗拉强度和剪切强度进行曲线拟合;根据响应面原理,建立失效准则随老化时间的响应面方程,用以对铝合金-BFRP粘接结构胶层的裂纹产生和扩展进行预测。     

基于表面改性的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接性能

本文通过打磨、喷砂、等离子处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的待胶接面进行改性,分别制备了J-116B胶膜和J-375胶膜的浮辊剥离性能及拉伸剪切性能试验件。测试了不同处理条件下J-116B胶膜和J-375胶膜的剥离和剪切性能。采用SEM对老化前后、未经刻蚀和刻蚀后的剥离试样形貌进行观察。采用接触角测试仪测试了不同表面处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面润湿性的影响,并采用XPS光电子能谱分析仪对等离子处理前后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面表面理化性能进行研究。结果表明:尽管J-375胶膜的室温剥离性能不如J-116B胶膜,但J-375胶膜具有更好的湿热老化性能。等离子处理后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的破坏模式由黏附破坏为主转变为内聚破坏为主,因此使两种胶膜的拉剪和剥离性能均有明显提高。这是由于等离子体处理能够重组复合材料表面的分子链,在胶接表面形成新的活性基团。      

湿热老化对APMOC纤维拉伸性能的影响

通过湿热老化试验,研究了APMOC纤维吸湿性能、拉伸强度、断裂延长率以及弹性模量随老化时间的变化。结果表明:经湿热老化后,APMOC纤维的吸湿特性符合Fick第二定律,拉伸强度、断裂延伸率呈明显下降趋势。利用扫描电镜(SEM)对拉伸断口进行了分析,发现湿热老化前期,湿热对APMOC纤维主要是增塑作用,后期主要是脆化作用。对不同湿热条件进行比较,80℃、相对湿度85%时,APMOC纤维性能变化更为显著。     

金属-复合材料胶接凹槽形貌增强及参数设计

金属-复合材料混合接头广泛存在于航空、船舶及汽车等领域,具有凹槽形貌的共固化金属-复合材料接头可保持复合材料结构的完整性和纤维的连续性。在被连接金属表面设计了±45°凹槽,评估了表面形貌对钢-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)接头胶接性能的影响,设计了单搭接拉伸剪切试验,验证胶接接头的剪切性能;在模拟中引入随机Weibull分布,定义内聚单元材料参数,结合矢量化用户材料(Vectorized user material,VUMAT)子程序模拟了接头的渐进失效过程,并建立±45°凹槽结构的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型,分析了凹槽宽度和深度等参数对胶接接头的性能影响。研究表明,±45°凹槽结构可以显著提高钢-GFRP胶接接头的剪切强度,数值模拟强度和破坏模式与试验吻合;凹槽深度和宽度对结构胶接性能的影响显著,本文可为金属-复合材料接头的设计提供参考。      

考虑纤维束弯曲的缎纹织物面内压缩行为分析

基于弹性弯曲波理论分析了应力波在复合材料内部的传播规律,并针对四枚缎纹织物复合材料,进行了准静态和动态验证实验研究。研究表明,在面内压缩载荷作用下,纤维束交织程度越高,材料压缩强度越低,说明织物复合材料的细观结构对其面内力学性能有重要影响。发现准静态载荷作用下试样主要为整体剪切破坏,且剪切断裂发生于加载方向纤维束的弯曲起始段;而动态载荷作用下,试样的主要损伤模式为分层,在应力波的作用下分层损伤沿纤维束间的界面扩展,同时伴随有纤维束弯曲起始段的剪切断裂。     

玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯加速老化与自然老化的相关性

选取我国典型气候条件下的万宁和拉萨这两个试验站,进行玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯3年的自然环境老化试验;同时在实验室环境下进行了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的湿热老化、热空气老化、光老化和高温浸水人工加速老化试验。测试老化后玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度等力学性能,研究了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯在自然和实验室环境下的老化规律。用灰色理论中的灰色关联分析法计算了自然环境老化试验与人工加速老化试验的相关性。结果表明：以压缩强度为性能指标时,试验室加速光老化试验与自然环境老化试验的相关性最大,关联度达到了0.75左右。计算得到了加速光老化对拉萨和万宁自然老化的加速因子（AF）和加速转换因子（ASF）,两地的ASF最终分别稳定在5.28和7.25。     

盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

采用中性盐雾条件模拟海洋大气环境进行加速老化试验, 评价玻璃纤维增强环氧改性酚醛树脂基复合材料( GFRP) 在海洋气候中的耐久性。通过该复合材料经盐雾老化后的质量变化和纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度的变化, 结合湿热老化机理, 研究其老化规律。结果表明, 随着老化时间的增加, 复合材料的吸湿量增加, 力学强度下降, 压缩和层间剪切曲线表现出塑性特征。吸湿最初阶段对力学性能影响最大, 纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度分别下降到56. 1 %、54. 7 %、54. 0 %、61. 0 %。其中拉伸强度变化趋势最稳定, 更适用于评价该复合材料的老化程度。