环境因素下玻纤增强树脂基复合材料冲蚀损伤行为

发布时间：2020-06-15 04:17

【摘要】：新疆风力资源丰富,风电厂建设处于高速发展阶段,大规模风电厂的健康运维需求巨大,风机叶片的环境老化、疲劳、断裂、冲蚀损伤直接影响风力发电机组的效率和寿命,同时由于新疆复杂多变的气候特点,导致风机叶片的损伤破坏更为复杂。因此本文采用人工加速老化的试验方法,研究了复杂服役环境下(紫外、盐碱、冲蚀)玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基复合材料(GF/EVE)的冲蚀损伤行为,并基于多种表征方法对GF/EVE板的微观界面脱黏机制以及损伤演化行为进行阐述。该研究有助于高耐候性能的树脂基复合材料的开发及在风电行业中的应用。首先探讨GF/EVE在特定冲蚀角度、冲蚀粒径以及冲蚀速度下其冲蚀失重率的变化,并通过分析其冲蚀失重率和冲蚀形貌的变化,探究其冲蚀损伤机制。其次采用人工加速老化试验方法,探讨紫外、去离子水以及碱腐蚀环境下GF/EVE拉伸、弯曲和冲蚀性能的变化,并基于红外光谱、扫描电镜以及热重分析等测试手段对不同老化环境下GF/EVE老化机制及界面损伤特性进行阐述。得出:紫外老化环境下GF/EVE冲蚀失重率整体随老化时间的增加而增大,树脂基体的光氧老化降解、树脂与纤维界面的脱黏以及树脂基体交联固化导致树脂的脆化是导致材料性能下降的主要原因;去离子水和碱溶液中水分子的扩散、树脂基体的水解会导致试样(拉伸、弯曲、冲蚀)性能减弱,而碱溶液会加速材料性能的下降。最后,探讨在碱-紫外循环老化环境下GF/EVE冲蚀损伤特性及老化机制,并通过分析不同循环老化周期下GF/EVE吸湿率、微观形貌、表面元素含量、树脂初始分解温度以及冲蚀失重率的变化,得出:在水分子的扩散、水解反应和光氧老化的共同作用下,GF/EVE表层树脂发生老化降解、纤维与树脂基体界面出现脱黏、纤维发生腐蚀降解;同时循环老化造成树脂分子链的断裂,树脂交联密度的下降,导致树脂初始分解温度下降;在第1个老化周期内材料冲蚀失重率下降了2.06%,老化结束时材料冲蚀失重率增加了32.8%。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;TB33;TQ327
【图文】：

技术路线图,技术路线

新疆大学硕士学位论文蚀介质中试样拉伸、弯曲、吸湿率以及冲蚀性能的变化，并通过对破坏面微貌的分析探讨其界面脱黏机制；采用热重分析、SEM、红外光谱等测试手段碱腐蚀环境下 GF/EVE 老化机理。(3) GF/EVE 碱-紫外循环老化下冲蚀特性研究。对不同老化时间下试样进行试验，并对冲蚀破坏面进行微观形貌分析；通过分析不同老化时间下试样吸、微观形貌以及表面元素含量的变化，探讨其循环老化机制。1.4.2 技术路线技术路线如图 1-1

试样,载物台,调压阀,喷嘴

图 2-1 冲蚀试样装置示意图2.2.2 冲蚀平台的搭建自行设计的气固两相流冲蚀试验机主要由空气压缩机、调压阀、储料箱、喷嘴、载物台、冲蚀箱等部分组成如图 2-2。其主要原理是空气经压缩机后通过气管引入调压阀，调压阀主要起到调节和保持压力的稳定从而达到控制冲蚀速度大小和稳定的作用；经过调压阀的空气流由气管引入吸粉泵，吸粉泵通过空气流动产生的负压将沙粒吸入气管，吸入的沙粒和空气经混合加速管后进入喷嘴，最后由喷嘴射出气固两相流对试样进行冲蚀。喷嘴的正前方是试样载物台，载物台可在 0-360°内绕轴旋转，可通过调节载物台的旋转达到调节冲蚀角度的作用，且喷嘴与载物台的距离也可进行调节。

【参考文献】