夹芯复合材料的制备以及老化寿命预测

摘要

夹芯结构具有“更轻更强”的特点，越来越受到航天、航海、交通及能源等领域的重视，特别是在舰船领域，夹芯结构的使用将成为一种趋势。为使夹芯结构充分发挥出刚度高的特点，必须设计出合理的芯材和蒙皮厚度比值。夹芯结构在舰船领域服役时，所处服役环境通常是高温低温交变、强紫外线并伴随高湿度，这些恶劣的服役条件对夹芯结构的性能产生了严重影响。目前，关于紫外和高低温湿热条件对泡沫夹芯结构的性能影响研究较少。
　　在本实验中，首先根据理论公式推算出芯材和蒙皮厚度的比值d/t大于5.77时，获得最佳的夹芯结构性能。然后利用真空袋压法制备出了满足厚度比要求的夹芯复合材料；并通过人工加速老化的方法对夹芯复合材料进行老化，包括紫外、高低温交变湿热等，最后对试样进行力学性能评价，如平拉、弯曲和剪切等，并通过实验数据对夹芯复合材料的寿命进行了预测。实验结果表明：
　　1．夹芯结构的理想芯材与蒙皮厚度比大于5.77，在该条件下，可以最大程度的发挥夹芯结构刚度好的优点；
　　2．关于夹芯结构的吸水率，在紫外条件下，夹芯结构的吸水率是负值，不过失重率很低，在0.2％以内；在湿热条件下，夹芯结构的吸水率是正值，符合菲克定律，饱和时的吸水率维持在0.4％左右；
　　3．老化后的夹芯结构力学性能：老化后夹芯结构的平拉破坏形式有4种，老化前期破坏发生于中间夹芯处，然后破坏发生在芯材-界面处和界面处，老化后期会发生蒙皮处破坏，平拉性能依次降低；芯材剪切强度、弯曲刚度和剪切刚度均降低，老化第一周后弯曲刚度下降幅度最大，第56天前后剪切刚度有小幅上升，老化条件对弯曲刚度影响显著，对剪切刚度影响较小。
　　4．弯曲强度测试时，前几个周期两种老化失效形式是上蒙皮压缩破坏，老化后期出现芯材剪切失效。根据剩余强度公式利用弯曲强度值拟合出寿命预测公式，可知，紫外老化大约10年之后，下降18％，强度保留率82％；湿热老化大约10年之后，强度为20.80MPa，下降36％，强度保留率64％。

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第1章 绪 论

1.1 复合材料概论

1.2夹芯复合材料

1.2.1 夹芯复合材料的分类

1.2.2 夹芯复合材料的应用

1.3 论文研究目的、意义和内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3课题研究成果和创新点

第2章 复合材料老化理论

2.1老化机理

2.1.1化学老化

2.1.2物理老化

2.1.3机械老化

2.1.4湿热老化机理

2.1.5紫外老化机理

2.2复合材料寿命预测理论

2.2.1老化动力学模型

2.2.2应力松弛时间模型

2.2.3剩余强度模型

第3章 PVC夹芯复合材料的制备

3.1原材料选择

3.1.1树脂基体

3.1.2纤维

3.1.3芯材

3.1.4其他实验材料

3.2 蒙皮厚度的设定以及铺层方式的选取

3.2.1 蒙皮厚度的设定

3.2.2蒙皮铺层方式

3.3 真空袋压法制备试样

3.4 成型过程中的注意问题

3.5 泡沫夹芯复合材料的表征

3.5.1外观

3.5.2蒙皮纤维体积含量与孔隙率

3.5.3力学性能

第4章 夹芯复合材料的老化及寿命预测

4.1 夹芯复合材料的老化

4.1.1实验所需仪器和设备

4.1.2试样制备

4.1.3老化试验方案

4.1.4老化性能测试方法

4.2老化性能研究

4.2.1吸水率分析

4.2.2力学性能分析

4.3寿命预测

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献