以玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料為研究對(duì)象,研究紫外老化對(duì)復(fù)合材料疲勞性能的影響。利用掃描電鏡、紅外光譜和動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析對(duì)復(fù)合材料的微觀形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行測(cè)試分析。研究表明:紫外線照射使環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生了光氧老化降解,破壞了鏈段中的化學(xué)鍵,環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生脫落,使樹(shù)脂與纖維的結(jié)合變得薄弱,界面部分區(qū)域發(fā)生了脫粘。紫外老化28 d后,復(fù)合材料靜拉伸強(qiáng)度下降了18%。拉-拉疲勞實(shí)驗(yàn)表明,紫外老化對(duì)復(fù)合材料低周疲勞的影響大于對(duì)高周疲勞的影響。紫外老化后復(fù)合材料的剛度退化速率和退化幅度均高于未老化試樣,表明紫外老化使復(fù)合材料的疲勞性能下降。 

【文章來(lái)源】：復(fù)合材料科學(xué)與工程. 2020,(07)北大核心

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玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料紫外老化前后微觀形貌

表2 玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Fatigue test data of glass fiber/epoxy resin composite 老化時(shí)間/d 應(yīng)力水平/% 平均應(yīng)力Sm/MPa 應(yīng)力幅Sa/MPa 疲勞壽命N/循環(huán) 0 80 220 180 554 70 192.5 157.5 2738 60 165 135 25671 50 137.5 112.5 188424 28 80 180.4 147.6 973 70 157.85 129.15 4821 60 135.3 110.7 40891 50 112.75 92.25 267342由圖6可以看出,隨著拉-拉疲勞最大應(yīng)力的下降,復(fù)合材料試樣疲勞壽命逐漸增加,整條疲勞壽命曲線呈現(xiàn)出慢-快-慢的特征,在兩端呈緩慢下降的趨勢(shì),在中間部位呈線性下降的趨勢(shì)。未老化試樣的S-N曲線始終高于老化28 d后試樣的S-N曲線,在低周疲勞區(qū)可以看出兩條曲線的間隔較大,隨著疲勞最大應(yīng)力的下降,兩條曲線的間隔逐漸減小,在高周疲勞區(qū)可以看出兩條曲線有逐漸靠攏的趨勢(shì),說(shuō)明紫外老化對(duì)玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料低周疲勞的影響大于對(duì)高周疲勞的影響。

圖7為玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在60%應(yīng)力水平下未老化和紫外老化28 d后的疲勞斷裂面形貌圖。從圖7(a)中可以看出,復(fù)合材料試樣在循環(huán)載荷下,玻璃纖維未出現(xiàn)明顯損傷,少部分環(huán)氧樹(shù)脂出現(xiàn)了碎片,玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂界面結(jié)合良好,沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷。從圖7(b)中可以看出復(fù)合材料試樣在循環(huán)載荷下,環(huán)氧樹(shù)脂出現(xiàn)了比較多的孔洞和碎片,玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂的界面結(jié)合程度明顯下降,出現(xiàn)了明顯的脫粘和分層。在疲勞載荷的作用下,玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的損傷主要有四種:基體裂紋,界面脫粘和分層,纖維斷裂。與此相對(duì)應(yīng)的疲勞損傷演化過(guò)程可以分為3個(gè)階段:第1階段為初始疲勞階段,這一階段所占復(fù)合材料疲勞壽命的比例一般小于20%。在該階段中,由于基體的強(qiáng)度和彈性模量較低,出現(xiàn)的損傷形式主要為基體裂紋,這些裂紋的出現(xiàn)會(huì)使復(fù)合材料的剛度快速下降,隨著疲勞實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)進(jìn)行,基體裂紋會(huì)達(dá)到一種飽和狀態(tài),被稱為特征損傷狀態(tài)(CDS),之后便進(jìn)入了疲勞損傷演化過(guò)程的第2階段。在第2階段中,損傷由基體逐漸轉(zhuǎn)向基體和纖維結(jié)合的界面,界面強(qiáng)度不斷弱化,出現(xiàn)的損傷形式主要為界面脫粘和分層,這一階段的持續(xù)時(shí)間最久,占最多的疲勞壽命周期,這一階段剛度的下降速率較慢。第3階段的損傷形式主要為纖維斷裂,持續(xù)時(shí)間比較短,表現(xiàn)出突然破壞的特征,剛度下降速率較快[19,20]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高溫老化對(duì)T700/HT280雙馬來(lái)酰亞胺復(fù)合材料疲勞性能的影響[J]. 高禹,劉佳琦,王紹權(quán),王柏臣,于祺,劉剛,包建文.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2017(02)
[2]T700碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料自然老化性能與機(jī)制[J]. 張代軍,劉剛,包建文,唐邦銘,鐘翔嶼,陳祥寶.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2016(07)
[3]E玻璃纖維/乙烯基酯復(fù)合材料的氙燈老化性能研究[J]. 倪愛(ài)清,張厲豐,冀運(yùn)東,王繼輝.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2013(S1)
[4]復(fù)合材料濕熱老化行為研究及其耐久性預(yù)測(cè)[J]. 孫博,李巖.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2013(04)
[5]紫外老化對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料性能的影響[J]. 喬琨,朱波,高學(xué)平,謝奔,袁華,吳益民,張春雷.  功能材料. 2012(21)
[6]碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂層壓板疲勞性能研究進(jìn)展[J]. 張阿櫻,張東興,李地紅,楊蕤,肖海英,賈近.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2010(06)
[7]大型風(fēng)機(jī)葉片材料的應(yīng)用和發(fā)展[J]. 李成良,王繼輝,薛忠民,李軍向,耿向明.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2008(04)
[8]鹽霧環(huán)境對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J]. 劉建華,趙亮,李松梅,胡建平,宮兆合.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2007(03)



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