表面涂覆胶黏剂对碳纤维拉挤板材耐湿热性能的影响

摘要

碳纤维增强环氧树脂（CFRP）复合材料是性能优异的新型结构材料，近年来被广泛应用于土木工程结构的改造、加固及新建结构的建设。土木工程结构的服役环境（如温度、湿度、紫外光、干湿循环等）恶劣，会导致碳纤维复合材料的性能发生退化，因此，为保证碳纤维复合材料在土木工程结构中安全设计与应用，需要系统研究碳纤维复合材料在各种服役环境下的耐久性能。CFRP板材应用于混凝土结构外粘结加固，CFRP板材与混凝土间通过胶黏剂粘结，该粘结剂的存在，将阻隔水分子或强碱性混凝土渗出水对碳纤维板材的侵蚀，从而可能对CFRP板材的耐久性能有正面作用。前期的碳纤维板材耐久性能研究，均未考虑胶黏剂涂层的作用，这可能导致研究结果与实际退化情况不一致。因此，本文将研究表面涂覆胶黏剂的CFRP材在水或强碱溶液浸泡条件下的水吸收与力学性能演化，以期得到更接近服役状态的碳纤维拉挤板材的耐久性能。
　　研究发现，对未涂覆胶黏剂的CFRP板材，随着温度升高，其吸水速率逐渐升高；强碱溶液浸泡环境中，CFRP拉挤板的吸水速率高于水浸泡；对浸泡于60℃强碱溶液中的CFRP板材，树脂发生水解反应。表面均匀涂覆胶黏剂后，同样浸泡时间内，CFRP拉挤板的水吸水率明显降低。Abaqus有限元软件模拟结果与实验测试得到的水吸收曲线结果基本吻合。
　　对于未涂覆胶黏剂的CFRP拉挤板，在水及强碱溶液浸泡条件下，其拉伸性能均缓慢下降，但面内剪切强度相对下降更为明显，如在60℃蒸馏水与强碱溶液浸泡三个月后，CFRP拉挤板的面内剪切强度分别下降了18.8％和48.8%。涂覆胶黏剂后，在同样浸泡条件下，CFRP板的拉伸强度保持不变，但面内剪切强度仍有一定的退化，60℃蒸馏水与强碱溶液浸泡三个月后CFRP板面内剪切强度退化达29.1%和32.8%。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 FRP耐久性研究现状

1.3 FRP数值模拟研究现状

1.4 本文研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验原材料

2.2 试验研究方案

第3章 表面涂覆胶黏剂对CFRP拉挤板材的水吸收与扩散行为的影响

3.1 引言

3.2 未涂覆CFRP拉挤碳纤维试样的水吸收与扩散

3.3 涂覆胶黏剂CFRP拉挤碳纤维试样的水吸收与扩散

3.4 热重分析测试

3.5 CFRP拉挤板材的水吸收与扩散有限元模拟

3.6 本章小结

第4章 表面涂覆胶黏剂对CFRP拉挤板材浸泡后化学结构与力学性能的影响

4.1 CFRP板材树脂基体的水解

4.2 CFRP板材拉伸性能退化

4.3 CFRP板材剪切性能退化

4.4 拉伸强度、剪切强度与水吸收量相关性分析

4.5 水碱环境对拉挤板材动态力学性能的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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