紫外老化对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料疲劳性能的影响
发布时间：2021-06-22 14:08
以玻璃纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,研究紫外老化对复合材料疲劳性能的影响。利用扫描电镜、红外光谱和动态热力学分析对复合材料的微观形貌、化学结构和动态力学行为进行测试分析。研究表明:紫外线照射使环氧树脂发生了光氧老化降解,破坏了链段中的化学键,环氧树脂发生脱落,使树脂与纤维的结合变得薄弱,界面部分区域发生了脱粘。紫外老化28 d后,复合材料静拉伸强度下降了18%。拉-拉疲劳实验表明,紫外老化对复合材料低周疲劳的影响大于对高周疲劳的影响。紫外老化后复合材料的刚度退化速率和退化幅度均高于未老化试样,表明紫外老化使复合材料的疲劳性能下降。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
玻璃纤维/环氧树脂复合材料紫外老化前后微观形貌
表2 玻璃纤维/环氧树脂复合材料疲劳实验数据Table 2 Fatigue test data of glass fiber/epoxy resin composite 老化时间/d 应力水平/% 平均应力Sm/MPa 应力幅Sa/MPa 疲劳寿命N/循环 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由图6可以看出,随着拉-拉疲劳最大应力的下降,复合材料试样疲劳寿命逐渐增加,整条疲劳寿命曲线呈现出慢-快-慢的特征,在两端呈缓慢下降的趋势,在中间部位呈线性下降的趋势。未老化试样的S-N曲线始终高于老化28 d后试样的S-N曲线,在低周疲劳区可以看出两条曲线的间隔较大,随着疲劳最大应力的下降,两条曲线的间隔逐渐减小,在高周疲劳区可以看出两条曲线有逐渐靠拢的趋势,说明紫外老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料低周疲劳的影响大于对高周疲劳的影响。
图7为玻璃纤维/环氧树脂复合材料在60%应力水平下未老化和紫外老化28 d后的疲劳断裂面形貌图。从图7(a)中可以看出,复合材料试样在循环载荷下,玻璃纤维未出现明显损伤,少部分环氧树脂出现了碎片,玻璃纤维和环氧树脂界面结合良好,没有出现严重损伤。从图7(b)中可以看出复合材料试样在循环载荷下,环氧树脂出现了比较多的孔洞和碎片,玻璃纤维和环氧树脂的界面结合程度明显下降,出现了明显的脱粘和分层。在疲劳载荷的作用下,玻璃纤维/环氧树脂基复合材料的损伤主要有四种:基体裂纹,界面脱粘和分层,纤维断裂。与此相对应的疲劳损伤演化过程可以分为3个阶段:第1阶段为初始疲劳阶段,这一阶段所占复合材料疲劳寿命的比例一般小于20%。在该阶段中,由于基体的强度和弹性模量较低,出现的损伤形式主要为基体裂纹,这些裂纹的出现会使复合材料的刚度快速下降,随着疲劳实验的继续进行,基体裂纹会达到一种饱和状态,被称为特征损伤状态(CDS),之后便进入了疲劳损伤演化过程的第2阶段。在第2阶段中,损伤由基体逐渐转向基体和纤维结合的界面,界面强度不断弱化,出现的损伤形式主要为界面脱粘和分层,这一阶段的持续时间最久,占最多的疲劳寿命周期,这一阶段刚度的下降速率较慢。第3阶段的损伤形式主要为纤维断裂,持续时间比较短,表现出突然破坏的特征,刚度下降速率较快[19,20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温老化对T700/HT280双马来酰亚胺复合材料疲劳性能的影响[J]. 高禹,刘佳琦,王绍权,王柏臣,于祺,刘刚,包建文. 复合材料学报. 2017(02)
[2]T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制[J]. 张代军,刘刚,包建文,唐邦铭,钟翔屿,陈祥宝. 复合材料学报. 2016(07)
[3]E玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的氙灯老化性能研究[J]. 倪爱清,张厉丰,冀运东,王继辉. 复合材料学报. 2013(S1)
[4]复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测[J]. 孙博,李岩. 玻璃钢/复合材料. 2013(04)
[5]紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响[J]. 乔琨,朱波,高学平,谢奔,袁华,吴益民,张春雷. 功能材料. 2012(21)
[6]碳纤维/环氧树脂层压板疲劳性能研究进展[J]. 张阿樱,张东兴,李地红,杨蕤,肖海英,贾近. 玻璃钢/复合材料. 2010(06)
[7]大型风机叶片材料的应用和发展[J]. 李成良,王继辉,薛忠民,李军向,耿向明. 玻璃钢/复合材料. 2008(04)
[8]盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响[J]. 刘建华,赵亮,李松梅,胡建平,宫兆合. 复合材料学报. 2007(03)
本文编号：3242979
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
玻璃纤维/环氧树脂复合材料紫外老化前后微观形貌
表2 玻璃纤维/环氧树脂复合材料疲劳实验数据Table 2 Fatigue test data of glass fiber/epoxy resin composite 老化时间/d 应力水平/% 平均应力Sm/MPa 应力幅Sa/MPa 疲劳寿命N/循环 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由图6可以看出,随着拉-拉疲劳最大应力的下降,复合材料试样疲劳寿命逐渐增加,整条疲劳寿命曲线呈现出慢-快-慢的特征,在两端呈缓慢下降的趋势,在中间部位呈线性下降的趋势。未老化试样的S-N曲线始终高于老化28 d后试样的S-N曲线,在低周疲劳区可以看出两条曲线的间隔较大,随着疲劳最大应力的下降,两条曲线的间隔逐渐减小,在高周疲劳区可以看出两条曲线有逐渐靠拢的趋势,说明紫外老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料低周疲劳的影响大于对高周疲劳的影响。
图7为玻璃纤维/环氧树脂复合材料在60%应力水平下未老化和紫外老化28 d后的疲劳断裂面形貌图。从图7(a)中可以看出,复合材料试样在循环载荷下,玻璃纤维未出现明显损伤,少部分环氧树脂出现了碎片,玻璃纤维和环氧树脂界面结合良好,没有出现严重损伤。从图7(b)中可以看出复合材料试样在循环载荷下,环氧树脂出现了比较多的孔洞和碎片,玻璃纤维和环氧树脂的界面结合程度明显下降,出现了明显的脱粘和分层。在疲劳载荷的作用下,玻璃纤维/环氧树脂基复合材料的损伤主要有四种:基体裂纹,界面脱粘和分层,纤维断裂。与此相对应的疲劳损伤演化过程可以分为3个阶段:第1阶段为初始疲劳阶段,这一阶段所占复合材料疲劳寿命的比例一般小于20%。在该阶段中,由于基体的强度和弹性模量较低,出现的损伤形式主要为基体裂纹,这些裂纹的出现会使复合材料的刚度快速下降,随着疲劳实验的继续进行,基体裂纹会达到一种饱和状态,被称为特征损伤状态(CDS),之后便进入了疲劳损伤演化过程的第2阶段。在第2阶段中,损伤由基体逐渐转向基体和纤维结合的界面,界面强度不断弱化,出现的损伤形式主要为界面脱粘和分层,这一阶段的持续时间最久,占最多的疲劳寿命周期,这一阶段刚度的下降速率较慢。第3阶段的损伤形式主要为纤维断裂,持续时间比较短,表现出突然破坏的特征,刚度下降速率较快[19,20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温老化对T700/HT280双马来酰亚胺复合材料疲劳性能的影响[J]. 高禹,刘佳琦,王绍权,王柏臣,于祺,刘刚,包建文. 复合材料学报. 2017(02)
[2]T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制[J]. 张代军,刘刚,包建文,唐邦铭,钟翔屿,陈祥宝. 复合材料学报. 2016(07)
[3]E玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的氙灯老化性能研究[J]. 倪爱清,张厉丰,冀运东,王继辉. 复合材料学报. 2013(S1)
[4]复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测[J]. 孙博,李岩. 玻璃钢/复合材料. 2013(04)
[5]紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响[J]. 乔琨,朱波,高学平,谢奔,袁华,吴益民,张春雷. 功能材料. 2012(21)
[6]碳纤维/环氧树脂层压板疲劳性能研究进展[J]. 张阿樱,张东兴,李地红,杨蕤,肖海英,贾近. 玻璃钢/复合材料. 2010(06)
[7]大型风机叶片材料的应用和发展[J]. 李成良,王继辉,薛忠民,李军向,耿向明. 玻璃钢/复合材料. 2008(04)
[8]盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响[J]. 刘建华,赵亮,李松梅,胡建平,宫兆合. 复合材料学报. 2007(03)
本文编号：3242979
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