海洋环境下碳纤维环氧复合材料加速老化试验研究

论文摘要

领域,其在海洋环境下的腐蚀老化越来越引起人们的关注,海洋大气腐蚀是自然环境腐蚀比较严重的一种,海洋大气环境会使碳纤维环氧复合材料各组分性能发生变化或者破坏,进而影响碳纤维环氧复合材料的性能。本文采用了浸泡的试验方法来研究碳纤维环氧复合材料在不同介质中的吸湿特性以及温度对其吸湿特性的影响,更进一步了解碳纤维环氧复合材料的吸湿行为和在不同介质中的老化机理。同时依据GIB150《军用装备试验室环境试验方法》中的要求,采用湿热试验和盐雾试验中规定的试验条件模拟海洋大气环境进行加速老化试验,评价碳纤维环氧复合材料在海洋环境中的耐久性,通过复合材料老化试验后的质量变化、力学性能变化和表面形貌的变化,研究其老化规律,为提高军用装备的环境适应性提供理论基础。浸泡试验表明:蒸馏水和5%NaCl溶液中,碳纤维环氧复合材料的吸湿符合Fick第二定律。5%H2SO4溶液中,浸泡试验前期碳纤维环氧复合材料的吸湿和Fick扩散相似,但是浸泡试验后期吸湿率有所下降。5%NaOH溶液中,碳纤维环氧复合材料的增重率先表现为线性增加,后来有所下降,最后又随着浸泡时间的延长而单调地增加。还有就是温度的升高加快了水分在碳纤维环氧复合材料中的扩散速度,复合材料的平衡含湿率也增大了。湿热试验表明:随着湿热老化时间的延长,碳纤维环氧复合材料的增重率在不断的增加,力学强度有所下降,碳纤维和环氧树脂的粘结情况变坏。碳纤维环氧复合材料在湿热环境中的增重主要是其吸湿造成的,吸湿的最初阶段对复合材料的力学性能影响最大,随着其慢慢达到吸湿平衡,复合材料的力学性能逐渐稳定在某一个定值。经过20天的湿热老化,碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度和弯曲强度分别下降到58.3%和53.8%。盐雾试验表明:碳纤维环氧复合材料在盐雾环境中的增重主要由水分的吸收引起的,其次还有盐雾在复合材料表面的沉积。随着盐雾老化时间的延长,复合材料的增重率在逐渐增加,力学强度也在逐渐下降,碳纤维和环氧树脂的粘结强度逐渐变差,经过10天的盐雾老化,碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度和弯曲强度分别下降到89.7%和90.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳纤维环氧复合材料的特点与应用
• 1.2 研究碳纤维环氧复合材料加速老化试验的必要性
• 1.3 复合材料加速老化试验的研究现状
• 1.3.1 复合材料的湿热老化试验的研究现状
• 1.3.2 复合材料的盐雾老化试验的研究现状
• 1.4 本课题的研究背景、内容及目标
• 第2章 试验部分
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验条件
• 2.3.1 浸泡试验
• 2.3.2 湿热老化试验
• 2.3.3 盐雾老化试验
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 吸湿率测定
• 2.4.2 增重率测定
• 2.4.3 力学性能测试
• 2.4.4 观察表面及断口形貌
• 第3章 碳纤维环氧树脂基复合材料吸湿特性的研究
• 3.1 复合材料的吸湿理论
• 3.1.1 菲克（Fick）定律
• 3.1.2 复合材料的水扩散系数
• 3.2 介质对碳纤维环氧树脂基复合材料（GECM）的吸湿特性的影响分析
• 3.3 温度对碳纤维环氧树脂基复合材料（GECM）的吸湿特性的影响分析
• 3.4 小结
• 第4章 碳纤维环氧复合材料的湿热老化
• 4.1 湿热试验的试验方法
• 4.2 碳纤维环氧复合材料湿热老化机理
• 4.3 增重率测定
• 4.4 力学性能测试
• 4.4.1 层间剪切强度的测试
• 4.4.2 弯曲强度的测试
• 4.5 观察表面及断口形貌
• 4.6 本章小结
• 第5章 碳纤维环氧复合材料的盐雾老化
• 5.1 盐雾试验的试验方法
• 5.2 增重率测定
• 5.3 力学性能测试
• 5.3.1 层间剪切强度的测试
• 5.3.2 弯曲强度的测试
• 5.4 观察表面形貌
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文