温度循环作用后纤维增强乙烯基树脂复合材料力学性能研究

摘要

纤维增强树脂基复合材料(FRP)具有轻质、高强、抗疲劳和耐腐耐磨等优点，有望成为海洋工程超低温条件下使用的紧固件制备材料。然而，FRP复合材料在海洋工程中会受到温度和腐蚀等因素的作用，导致力学性能下降。本文制备了不同种类纤维增强乙烯基树脂复合材料，研究了BFRP和CFRP复合材料经室低温(25 oC～-196 oC)和高低温循环后(150℃～-196℃)力学性能的演变规律，并利用自研摩擦磨损设备研究了SCFRP复合材料在超低温条件下的耐磨性，还将BFRP和SCFRP复合层压成型，制备B/CFRP复合材料，并对其力学性能进行评价。结合SEM对不同复合材料断口微观形貌进行观察，分析了其微观形貌与力学性能之间的内在关系，揭示复合材料损伤机理。另外，还利用溶液浸泡法系统评价了不同纤维增强乙烯基树脂复合材料的耐蚀性能，初步探究了各种纤维增强乙烯基树脂复合材料在海洋环境中应用的可能性。
　　首先，研究了SCFRP复合材料在超低温下的耐磨性能。结果表明，在短碳纤维增强乙烯基树脂复合材料中，掺量为20％的超短碳纤维和掺量1.5%，纤维长度5mm的SCF复合材料耐磨性能最佳，且SCFRP复合材料在超低温下的耐磨性相对室温下更好。利用SEM对划痕表面形貌观察发现SCFRP复合材料在室温下为粘着磨损，在低温下为磨粒磨损。同时SCFRP复合材料具有优异的耐酸碱盐性能。
　　进而，研究了BFRP和CFRP复合材料经室低温和高低温循环后力学性能演变规律。发现，BFRP复合材料的拉伸强度和弯曲强度经室低温循环后分别提高了78.12%和58.85%，分别达到407.98MPa和363.84MPa；经高低温循环后分别提高了101%和94.75%，分别达到460.40MPa和447.72MPa；冲击强度经室低温循环后减小了15.74%，为127.22MPa；经高低温循环后减小了9.85%，为136.11MPa。50% CF复合材料的综合力学性能最佳，其拉伸强度和弯曲强度经室低温循环后分别提高了9.78%和26.58%，分别达到502.60MPa和472.11MPa；经高低温循环后分别提高了48.42%和53.94%，分别达到460.40MPa和574.14MPa；冲击强度经室低温循环后减小了29.49%，为70.09MPa，经高低温循环后减小了38.25%，为61.39MPa。此外，BFRP复合材料的断裂形式为树脂基体破损和纤维撕裂，CFRP复合材料的断裂形式是碳纤维与基体树脂发生脱黏破坏，其腐蚀破坏形式主要是渗透型介质溶胀破坏。
　　最后，研究了B/CFRP复合材料经室低温和高低温循环后力学性能的演变规律。发现，B/CFRP复合材料的拉伸强度和弯曲强度经室低温循环后分别提高了118%和52.30%，分别达到309.04MPa和380.71MPa；经高低温循环后分别提高了117%和61.12%，分别达到为307.70MPa和402.75MPa；冲击强度经室低温循环后提高了19.75%，达到147.29MPa；经高低温循环后减小了5.28%，为116.50MPa。此外，B/CFRP复合材料的断裂形式是树脂基体破损和纤维与基体树脂脱黏破坏，其腐蚀破坏形式主要是渗透型介质溶胀破坏。结果表明，经室低温和高低温循环后B/CFRP复合材料综合力学性能大幅提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2纤维增强树脂基复合材料的研究进展

1.3纤维增强材料的复合机理

1.4 聚合物基复合材料低温和高低温循环性能研究现状

1.5耐磨耐蚀复合材料的研究进展

1.6课题研究背景

1.7主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1实验材料

2.2实验材料处理

2.3复合材料制备工艺设计

2.4实验条件及设备

2.5性能检测

2.6本章小结

第3章SCFRP复合材料力学性能研究

3.1引言

3.2 SCFRP复合材料的力学性能

3.3 SCFRP复合材料拉伸破坏形貌分析

3.4 SCFPR复合材料耐蚀性能研究

3.5 SCFRP复合材料在超低温下耐磨性研究

3.6本章小结

第4章 不同温度循环作用后BFRP和CFRP复合材料力学性能研究

4.1引言

4.2室低温和高低温循环对BFRP复合材料力学性能影响

4.3室低温和高低温循环作用后BFRP复合材料破坏形貌分析

4.4室低温和高低温循环对CFRP复合材料力学性能影响

4.5室低温和高低温循环作用后CFRP破坏形貌分析

4.6 BFRP和CFRP复合材料耐蚀性能的研究

4.7本章小结

第5章 不同温度循环作用后B/CFRP复合材料力学性能研究

5.1引言

5.2室低温和高低温循环对B/CFRP复合材料力学性能影响

5.3室低温和高低温循环作用后B/CFRP拉伸破坏形貌分析

5.4 B/CFRP复合材料耐蚀性能研究

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢