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纺织增强复合材料抗环境腐蚀性能的研究

孙佳英  
【摘要】:纺织增强复合材料具有比强度高、比刚度高、可设计性强等特点,是开发海洋资源、建设海上设施不可或缺的重要材料之一。但在海洋环境中,不可避免地会遇到酸、碱、海水等对复合材料的腐蚀作用,导致复合材料力学性能的下降。论文研究纺织增强复合材料在海洋环境、酸碱环境及其他环境下拉伸性能与弯曲性能的变化,不仅可以预测复合材料在各环境中的使用寿命,还可以为开发耐环境腐蚀性能的优质复合材料提供理论依据。 首先,论文选用双酚A环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂及不饱和聚酯树脂为基体,分别测试在不同固化剂添加比例与实验温度条件下树脂的固化时间,研究树脂的固化特点与工艺。结果显示:在23℃的实验温度下,双酚A型环氧乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基树脂的固化剂添加比例为0.7%、0.7%与1.9%时,树脂固化时间分别为27min,27min与21min。随着实验温度的升高,树脂固化时间越来越短,而在低温条件下,树脂的固化时间超过50min。 其次,本论文采用玻璃纤维双斜向经编织物、双斜向缝边毡、三轴向经编织物等3种织物,以5层织物铺层的方式制备复合材料,将复合材料放置于30%氢氧化钠、30%硫酸、自然水、海水、高浓度海水、室内环境等6种实验环境中浸泡180天,研究浸泡时间、浸泡环境、树脂基体等对复合材料拉伸强度与弯曲强度的影响。结果显示: (1)纺织增强复合材料表面色泽的变化间接反映了材料的腐蚀老化程度。浸泡180天后,复合材料在自然水中发生严重的溶胀现象,表面变白、起泡;在酸、碱溶液中会发生溶胀及溶解,使纤维裸露,变色、失去光泽;在海水与高浓度海水溶液中复合材料表面变浑浊,颜色变深;在室内环境中复合材料表面颜色稍有变化但不明显。 (2)随着浸泡时间的延长,复合材料的拉伸强度与弯曲强度整体上呈下降趋势。大部分复合材料在浸泡前期,拉伸强度与弯曲强度下降不显著,当浸泡时间达到90天后,相比初始拉伸强度与弯曲强度均有明显下降;浸泡时间超过120天,拉伸强度与弯曲强度下降幅度减小。 (3)在30%氢氧化钠溶液和30%硫酸溶液中浸泡180天后,复合材料的拉伸强度损失率均超过35%,酸碱溶液对纺织增强复合材料具有较强的腐蚀性。海水与高浓度海水中的拉伸强度平均损失率分别为24.8%与21.9%。 (4)30%氢氧化钠溶液对纺织增强复合材料弯曲性能的影响最大,其次是30%硫酸溶液。海水腐蚀与高浓度海水腐蚀相比,纺织增强复合材料在高浓度海水中的弯曲强度损失率低于海水环境。与双酚A环氧乙烯基树脂、酚醛环氧乙烯基树脂相比,不饱和聚酯树脂的耐环境腐蚀性能最差。 最后,针对不同铺层方式的纺织增强复合材料进行拉伸性能与落锤冲击性能的测试,研究铺层顺序及0°/90°方向单位面积纤维质量对复合材料机械性能的影响。将两种不同结构的增强织物进行交替排列制备复合材料,可以获得较高的单位吸收能量和优良的0°/90°方向拉伸强度。


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