玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的海水老化研究

摘要

材料是人们一切生产和生活水平提高的物质基础,是人类进步的里程碑,因而对料基础性研究具有十分重要的意义。玻璃纤维\不饱和聚酯基复合材料具有较高的性价比,在我国越来越多的应用到许多工业领域。以不饱和聚酯为基体的玻璃钢由于有较好的工艺性能,而且价格比环氧树脂低,因而在船舶工业中应用越来越广泛,海上石油和天然气的开采是前景广阔的工业,也是玻璃钢的新兴市场。这些玻璃钢制品都不可避免地受到海水的浸泡,因此,研究其在海水环境中的性能变化具有一定的实用价值。 本课题研究了室温下,经人工海水浸泡不同天数后材料吸湿规律及静态力学性能(拉伸、弯曲、冲击)的变化情况,通过材料吸水率拟合曲线发现该材料短时间浸泡符合菲克吸湿定律,长期浸泡后将偏离这一定律,出现“失重”现象。材料静态力学性能下降趋势相似,对材料的拉伸性能变化曲线进行拟合,发现其以指数形式衰减。动态热力学实验表明复合材料中纤维/树脂的结合界面受到了破坏,从而导致力学损耗随浸泡时间的延长而增大,储能模量及玻璃化温度均随浸泡时间的延长而下降。从动态力学实验结果中发现材料经海水浸泡后除了产生增塑和溶胀外还有少量水解反应发生,这是造成材料性能下降的重要原因,本文给出了树脂和玻璃纤维可能发生的水解反应方程式。从SEM电镜照片中可以看出材料经浸泡后表面产生大量裂纹和孔洞,纤维/树脂界面被严重破坏。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1复合材料概述

1.1.1纤维增强复合材料

1.1.2玻璃纤维及其复合材料的特性

1.2玻璃纤维复合材料的老化研究

1.2.1玻璃纤维复合材料的老化研究概述

1.2.2玻璃纤维复合材料的湿老化研究

1.3课题的提出及研究意义

1.4课题研究方法及内容

第二章实验部分

2.1实验原料

2.2实验设备

2.3实验环境

2.4实验方法

2.4.1 GF/UP试样的制备

2.4.2吸湿率的测定

2.4.3静态力学性能测试

2.4.4动态力学性能测试

2.4.5 SEM观察表面及断口形貌

2.5试样中玻璃纤维体积含量的测试

第三章海水老化对GF/UP复合材料吸湿率及静态力学性能影响

3.1 GF/UP复合材料的吸湿特性

3.1.1 GF/UP复合材料的吸湿曲线分析

3.1.2 GF/UP复合材料吸湿机理探讨

3.1.3浸泡介质对材料吸湿率的影响

3.1.4玻璃纤维体积含量对材料吸湿率的影响

3.2静态力学性能测试结果分析

3.2.1拉伸性能测试结果与分析

3.2.2弯曲性能结果与分析

3.2.3冲击性能结果分析

3.3本章小结

第四章海水老化对GF/UP复合材料动态力学性能的影响

4.1浸泡时间对GF/UP复合材料tan 6的影响

4.2浸泡时间对GF/UP复合材料玻璃化转变温度Tg的影响

4.3重新干燥后GF/UP复合材料的tan 6温度谱

4.4浸泡时间对GF/UP复合材料储能模量的影响

4.5本章小结

第五章海水环境下GF/UP复合材料老化特征及老化机理分析

5.1海水浸泡对GF/UP复合材料表面和断口形貌的影响

5.1.1海水浸泡对材料表面形貌的影响

5.1.2海水浸泡对材料拉伸断口形貌的影响

5.2 GF/UP复合材料在海水环境下的老化机理分析

5.2.1化学变化

5.2.2物理变化

5.3本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录

致 谢