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。     

盐雾环境对玻璃纤维-铝合金层合板力学性能的影响

通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在盐雾环境下不同老化周期后的力学性能及复合材料层红外光谱,分析了层合板在盐雾老化条件下的性能变化。在加速盐雾老化条件下,树脂基体发生了降解,树脂-纤维界面及表面铝合金发生腐蚀破坏,随老化时间的延长,0°及90°层合板的拉伸、压缩及面内剪切强度均呈现出明显的下降趋势,90°层合板内部受到的损伤更为严重,盐雾环境会降低层合板内热固性树脂基体的交联程度,并破坏树脂-纤维及树脂-铝合金的界面,影响应力在玻璃纤维-铝合金层合板层间的传递,使材料力学性能发生衰减。     

环氧树脂及其复合材料酸性盐雾老化机理及性能

现役油田用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)常工作于酸性盐雾条件之中，为研究盐雾溶液在树脂、GFRP中的扩散行为，分析老化机理及性能，制备了环氧树脂浇铸体及其GFRP NOL环，进行为期50天酸性盐雾老化试验。X射线光电子能谱分析，能谱分析结果表明，溶液中的金属离子、非金属离子由于体积、电荷平衡的限制难以进入材料内部，材料性能劣化主要是由于水分子、 H⁺的扩散造成的，其扩散行为符合Fick扩散定律，扩散系数为7.26×10^-4 mm²/h。傅里叶变换红外光谱显示，靠近外部盐雾溶液的部位，树脂受损严重，形成更多的分子间氢键，推测水分子、 H⁺沿树脂厚度方向不是均匀分布的。水分子对树脂高分子交联网络产生溶胀作用、在界面产生应力降低界面性能，扫描电子显微镜测试表明，出现了界面脱黏现象；H⁺会促进酯基的水解并且破坏纤维的完整性，玻璃纤维表面产生了裂纹。老化50 d后GFRP的玻璃化转变温度降低、力学强度下降，层间剪切强度、拉伸强度保留率分别为80.79%,80.22%。     

两种玻璃纤维增强复合材料体系的湿热老化研究

玻璃纤维增强复合材料在湿热环境下性能的退化是工程研究中待解决的问题,而实验室人工加速老化则是较好地研究该问题的常用方法。通过人工加速老化方法,结合露天储水环境,研究两种玻璃纤维增强复合材料在35℃水浸泡、65℃水浸泡及盐雾三种环境下的吸水率、巴氏硬度和弯曲强度的变化,并运用两种模型预测材料的使用寿命。研究表明:不同湿热环境下,材料的巴氏硬度前期变化明显,后期趋向稳定;吸水率基本符合Fick定律;温度对弯曲强度保留率影响显著,盐雾影响次之;中值老化公式比经验公式拟合度高7.6%。     

玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料性能研究

以聚丙烯(PP)树脂为基体,加入玄武岩纤维(BF)和相关助剂,通过双螺杆挤出机熔融共混制得相应复合材料。考查相容剂对PP/BF复合材料性能影响、对PP/BF复合材料和PP/玻璃纤维(GF)复合材料力学性能、微观形貌和耐热氧老化等性能进行对比。通过实验数据分析,加入相容剂后,拉伸强度提高126.8%,弯曲强度提高223.8%,弯曲弹性模量提高119.9%,悬臂梁缺口冲击强度提高223.2%。在同样质量配比下,PP/BF复合材料较PP/GF复合材料拉伸强度提高9.8%,弯曲强度提高11.0%,弯曲弹性模量提高5.8%,悬臂梁缺口冲击强度降低10.7%。从微观电镜分析,加入相容剂可明显改善纤维与PP基材界面浸润程度。另外,BF比GF更易使复合材料老化,常规热氧老化剂1010和168对纤维增强PP类材料耐老化效果并不好,用等量自制热氧老化剂可解决此问题。     

玻纤增强聚酰胺6/蒙脱土复合材料的制备及其力学性能研究

通过螺杆挤出法制备了玻璃纤维增强聚酰胺6/蒙脱土复合材料,利用电子万能试验机对复合材料的力学性能进行了测量,并对实验结果进行了分析。结果表明,随着玻璃纤维含量的增加,聚酰胺6/蒙脱土/玻璃纤维复合材料的拉伸强度和冲击强度相应地增大,且长度为12mm的玻璃纤维增强的复合材料比6mm玻璃纤维增强的复合材料高;当玻璃纤维含量为10%(质量分数,下同)时,12mm玻璃纤维增强的复合材料的拉伸强度和冲击强度分别比聚酰胺6/蒙脱土复合材料提高了17.4%和84.1%。     

聚乳酸/中药渣复合材料水热老化性能研究

采用熔融共混法,以邻苯二甲酸二辛酯(DOP)作为增塑剂,将中药渣(CMR)与聚乳酸(PLA)共混,经注塑成型工艺制备PLA/CMR复合材料。通过吸水率、FTIR、力学性能、热重分析及SEM等分析手段研究了PLA/CMR复合材料水热老化后的性能。结果表明:温度对PLA/CMR复合材料老化行为影响较为显著,复合材料在60℃水热老化8天后,其弯曲强度和拉伸强度分别降低了88.3%和87.8%;在90℃水热老化15 h后,其弯曲强度和拉伸强度分别降低了97.8%和92.8%,在水热老化20 h后,材料的机械强度完全丧失。     

输电线路混杂纤维复合材料高温拉伸强度预测

采用高温拉挤工艺制备了碳纤维/玻璃纤维/玻璃纤维编织带混杂纤维树脂基复合材料,研究了复合材料的高温拉伸强度及破坏形式,利用有限元软件分析了复合材料的高温拉伸破坏机理,继而提出了高温拉伸强度预测模型,计算出了碳纤维、玻璃纤维、玻璃纤维编织带对复合材料高温强度的影响程度。结果表明,所建高温拉伸强度预测模型的预测值与试验结果吻合较好,精度达92%以上。     

玻纤增强ABS复合材料的制备及性能

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纤维(GF)为原料,以环氧树脂作为界面相容剂,研究了界面相容剂对玻璃纤维增强ABS复合材料力学性能及界面粘接的影响.结果表明:加入环氧树脂,玻纤增强ABS复合材料的力学性能明显提高;随着玻纤质量分数的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均逐渐增加;玻纤质量分数为30%时,GF/ABS/环氧树脂复合材料的拉伸强度比未改性的复合材料的拉伸强度提高了30%,弯曲强度提高了25%,冲击强度也提高了50%.     

UV老化对ZnO填充PA6/LGF复合材料性能的影响

用熔融共混法制备出长玻璃纤维(LGF)含量为30%的LGF增强尼龙6(PA6)/ZnO(PA6/LGF/ZnO)复合材料,并采用氙灯紫外(UV)老化法研究了ZnO含量为0%~8%及UV老化时间为0~800 h对复合材料力学性能和结晶性能的影响。结果表明,经UV辐照后,PA6/LGF/ZnO复合材料的拉伸强度升高,韧性下降,其中当ZnO添加量为6%时,复合材料在800 h老化后的拉伸强度和缺口冲击强度保留率较未添加ZnO的复合材料分别提高了5.39%和4.98%。SEM分析表明在UV老化过程中,LGF与PA6基体之间的界面并未受到明显破坏,老化主要集中发生在PA6基体上。随着老化时间的延长,PA6/LGF复合材料中的PA6出现UV交联而使其结晶度从26.19%降低至20.70%;对于ZnO含量为6%的PA6/LGF/ZnO复合材料,老化800 h后其结晶度仅从22.92%下降至21.34%,PA6/LGF/ZnO复合材料整体上的结晶性能趋于稳定。     

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。     

玻纤对湿热环境下的环氧复合材料拉伸性能的影响

为了研究湿热环境下玻璃纤维对环氧复合材料拉伸性能的影响,建立试验模型,以不同浸润剂配方生产的相同单丝直径及TEX值的玻璃纤维进行浸胶制样,样条在95℃下1%浓度的NaCl溶液中浸泡24 h、72 h后,样条拉伸强度变化,从而得出玻璃纤维对在湿热环境下环氧复合材料拉伸性能的影响,即选用合适的偶联剂生产的玻璃纤维,对复合材料湿态拉伸强度有明显的提升。     

PP-g-GMA对长玻纤增强聚丙烯复合材料性能的影响

采用熔体浸渍工艺制备了长玻纤(LGF)增强聚丙烯材料。研究了甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)对长玻璃纤维增强聚丙烯(PP)复合材料力学性能的影响。结果表明:PP-g-GMA影响长玻璃纤维增强PP复合材料的力学性能;当PP-g-GMA质量分数为1%时,PP/LGF复合材料的力学性能最好,拉伸强度、弯曲强度和悬臂梁缺口冲击强度分别提高32.34%、27.38%和74.51%。     

玻纤/聚醚砜/环氧复合材料老化性能研究

以聚醚砜/环氧树脂为基体的复合材料具有高韧性和高耐热等优点,人们对其耐温和抗冲击性能进行了较为系统的研究,但对其老化性能研究不多。本文分别以双氰胺、二氯苯基二甲脲为潜伏性固化剂和促进剂,采用湿法制备了无碱玻璃纤维/聚醚砜/胺酚基三官能度环氧树脂预浸料,通过模压工艺制备了复合材料,对复合材料试样进行了湿热和紫外光老化处理,研究了老化条件对试样力学性能的影响。结果表明,经过28d湿热老化处理后,试样的拉伸、弯曲、压缩和冲击强度保留率分别为68.3%、60.9%、72.7%和82.8%,经过28d紫外光老化处理后,试样的拉伸、弯曲、压缩和冲击强度保留率分别为83.9%、78.9%、82.5%和72.0%。     

造纸“黑液”在PVC/NBR热塑性弹性体中的应用

以造纸黑液经硫酸中和处理脱水后的黑液干粉为填料,采用熔融共混法制备了聚氯乙烯(PVC)/丁腈橡胶(NBR)/黑液干粉热塑性弹性体复合材料。利用TGA测试了黑液干粉和热塑性弹性体复合材料的热降解性能。试验结果表明,黑液干粉中有机物与无机物的质量比为33/67,黑液干粉对弹性体的热降解无显著影响;热塑性弹性体复合材料力学性能测试结果表明,添加30份黑液干粉后,弹性体复合材料的100%定伸强度增加了7%,拉伸强度和伸长率分别下降了13%和37%;弹性体复合材料耐热氧老化(100℃、72h)性能试验结果表明,黑液干粉能改善弹性体的热氧老化性能,添加30份黑液干粉,老化后试样的拉伸强度增加了36%,拉断伸长率保留率为97%;而PVC/NBR弹性体老化后试样的拉伸强度增加了7%,拉断伸长率下降了15%。     

尼龙6的盐雾和湿热稳定性研究

研究了盐雾老化和湿热老化对尼龙6(PA6)质量、尺寸变化和拉伸性能的影响。结果表明,PA6的质量和尺寸变化率随盐雾和湿热老化试验时间的增加而增大,断裂伸长率在盐雾和湿热老化试验条件下明显增大。     

紫外老化对UP/GF层合板性能的影响

对玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(UP/GF)基层合板进行了人工紫外加速老化试验,分析了试样紫外老化前后的巴氏硬度、质量保持率以及拉伸、弯曲性能的演变规律。结果表明,随紫外老化时间的增加,试样的巴氏硬度呈先上升后下降的趋势;紫外老化最初的168 h内,质量损失率占整体质量损失的近50%,之后保持在一个相对平稳的状态;其拉伸强度和弯曲强度在紫外老化前期有所上升,在紫外老化168 h开始下降;从傅立叶变换红外光谱图中可以看出,试样中没有新的物质产生,只是化学结构发生了变化;紫外老化后,UP含量明显减少,在拉伸断裂过程中,有明显的玻璃纤维从UP树脂中拔出而留下凹槽空洞。     

长玻璃纤维增强尼龙6复合材料力学性能的研究

研究以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)为界面相容剂的长玻璃纤维增强尼龙6(LGF/PA 6)复合材料的力学性能,并与短玻璃纤维增强尼龙6(SGF/PA 6)复合材料的力学性能进行对比。结果表明:LGF/PA 6复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均随着玻璃纤维含量的增加呈直线上升趋势,玻璃纤维质量分数达到40%时,增强效果十分显著;在添加相同含量的玻璃纤维时,LGF/PA 6复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量低于SGF/PA 6复合材料;2种复合材料的冲击强度均随着玻璃纤维含量的增加呈非线性增加,当添加相同含量的玻璃纤维时,LGF/PA 6复合材料的冲击强度高于SGF/PA 6复合材料;两种界面相容剂均改善了玻璃纤维与PA 6的界面性能,显著提高了复合材料的冲击强度,其中添加PP-g-MAH的LGF/PA 6复合材料的冲击强度的提高高于添加POE-g-MAH的,但拉伸强度和弯曲强度均有不同程度降低,其中添加POE-g-MAH的LGF/PA 6复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量下降得较为明显。     

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

本文以环氧树脂为基体,经改性过的短切玻璃纤维为增强材料,制备了玻璃纤维增强环氧树脂(GF/EP)复合材料。探究了玻璃纤维与环氧树脂配比、固化条件对GF/EP复合材料力学性能的影响。结果表明:当玻纤用量为20%、固化温度为120℃、固化时间为3.0 h时制备的GF/EP复合材料拉伸强度约为38.52 MPa、冲击强度约为6.46k J/m2;GF/EP复合材料经60℃、5%的食盐水浸泡48 h后力学性能下降,SEM显示纤维与树脂的粘结界面经腐蚀后被破坏。