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复合材料加速老化研究类别

文章出处:正航仪器 人气: 发表时间:2014-02-12

 
 
 
一般而言,复合材料的老化分为大气自然老化和人工加速老化。大气自然老化是评估材料寿命非常直接的方法,但是时间跨度大,通常需要10 年或更长的时间,很难跟上材料研究的发展;相对来说,人工加速老化试验周期短,一般只需要三四个月的时间,所以备受人们的青睐。复合材料加速老化试验包括湿热老化、热老化、水浸泡、紫外老化、臭氧老化、腐蚀侵蚀、人工气候老化等,复合材料的加速老化研究以湿热老化、腐蚀侵蚀和人工气候老化为主,本文正航仪器为您着重介绍一下4种加速老化方法:
一、人工湿热老化
湿热老化试验是一种人工模拟环境试验。它是用湿热试验设备产生一定的湿热环境条件来模拟产品在储存、运输和使用中可能遇到的湿热环境条件,以考核产品的湿热环境适应性。湿热老化试验除了能人工模拟环境条件外,还具有加速作用,可大大缩短试验时间,且具有与现场暴露试验相似的试验结果,是聚合物基复合材料常用的加速老化方法。人工加速湿热老化试验一般有两种方法:一种是采用恒温恒湿方法试验;另一种是采用交变温湿度循环方法试验。恒温恒湿试验条件比较简单,一般选取库存条件的上限值(35℃,相对湿度80%)进行试验;交变温湿度循环试验条件比较复杂,但试验效果比较好,一般循环条件采用
24h 变化l 个周期,每个周期分4 个阶段,如:温湿度升高阶段(一般要求升温到40℃,湿度95%)、保持阶段、降低阶段及低温低湿阶段。
  湿热老化作用引起的不可逆变化使树脂基体和纤维/基体界面发生破坏和削弱;温度变化产生热应力损伤,由于吸湿而结晶化、裂纹扩展进而树脂交联(后固化)。由湿热作用引起的可逆变化是纤维/树脂界面的脱粘,基体的降解及湿热应力的转移。
复合材料加速老化研究类别
二、腐蚀老化
化学介质(酸、碱、盐、有机溶剂等)也是常见的环境条件。与水对聚合物基复合材料的影响相比,化学介质的影响要复杂且强烈得多。化学介质除向复合材料内部渗透、扩散,使基体溶胀外,还与其发生化学反应(生成盐类、水解、皂化、氧化、硝化和硫化)引起其主价键破坏、裂解等,此时,复合材料中的被溶物、降解及氧化产物也从复合材料向介质析出、流失。化学介质对复合材料的腐蚀除使其性能降低外,还会引起其外观和状态的变化,如失去光泽、变色、起泡、出现裂纹及纤维裸露等。
正航仪器温馨提示:腐蚀侵蚀老化试验的方法是根据复合材料的使用环境,将腐蚀溶液的浓度调到大于实际使用时腐蚀溶液的浓度,一般前者是后者的3 倍。化学介质腐蚀的机理分为3 部分,分别是对基体、纤维和界面的腐蚀。基体腐蚀机理:化学介质与树脂基体间有两种作用原理:一种是化学介质扩散或经吸收而进入树脂基体内部,导致树脂基体性能改变,称为物理腐蚀;另一种是化学介质与树脂基体发生化学反应,如降解或生成新的化合物等,从而改变树脂基体原来的性质,称为化学腐蚀。纤维腐蚀机理:化学介质仍可通过裂纹、界面等途径进入复合材料内部与纤维作用,使纤维与界面的粘结劣化。界面腐蚀机理:腐蚀介质侵入界面后,一是产生聚集,使树脂溶胀,导致界面承受横向拉应力;二是从界面析出可溶物质,在局部区域形成浓度差,从而产生渗透压;三是腐蚀介质与界面物质发生化学反应,破坏化学结构,导致界面脱粘。
三、人工气候老化
人工气候老化试验是为了弥补自然大气暴露试验试验周期长的弱点而发展起来的评价材料性能与环境关系的试验方法。人工气候老化可以模拟、强化地面气候作用因素(光、热和降水等),但并不能完全模拟大气条件。到目前为止,还没有一台完全囊括湿热老化、紫外老化、臭氧老化、盐雾老化、腐蚀侵蚀等的老化试验机。因此,某种程度上人工气候老化是湿热老化和紫外老化的综合。其中,人工气候老化常用的试验条件有:
①连续光暴露和周期性喷水;
②有光和无光交替暴露及周期性喷水;
③不喷水的连续光暴露;
④不喷水的有光和无光交替暴露。现有的人工气候试验装置以光源区分为氖灯老化试验机、碳弧灯老化试验机(其中又分为紫外碳弧灯和阳光碳弧灯)、联合光源试验机等。人工光源选择和工作参数设计是决定装置性能的核心问题。各种人工光源的能量分布与太阳光比较,氙灯光谱和太阳光谱最相似,得到的试验结果与自然大气暴露有良好的对应关系
四、人工热老化
人工热老化试验是评定复合材料耐热老化性能的人工加速老化试验方法。复合材料的热老化主要包含两个方面,其一是材料被破坏的温度或称为热分解温度,这一试验我国目前尚无相应的标准。其二是在某一温度下的使用寿命即热寿命。此试验的基本立足点在于测定复合材料经2000 小时后,性能下降50%的该时温度。但由于操作的困难,故发展了老化方程式和快速法。经实验后仍嫌常规的老化困难,而由热失重法确定的快速法又不够。因而目前使用较多的是由点斜法确定老化方程式,即从热失重中求得活化能作为方程式斜率,从较高温度下性能快速下降50%时的时间作一特定点而得出方程式。而且对于热老化的对象主要关注的是绝缘材料。热老化试验方法已比较成熟,但还不够理想,与人工湿热老化试验比较,普遍认为人工湿热老化试验结果比较接近于仓库贮存的实际情况。近年来,用吸氧法、差热分析、热重分析法进行热老化试验研究的工作已得到了广泛的重视和发展。http://www.zhsysb.com 
 
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