玻纤增强环氧树脂复合材料耐海水腐蚀行为与寿命预测

摘要

玻璃钢即玻璃纤维增强树脂基复合材料（以下简称GFRP），具有密度低、可设计性好、高比刚度、高比强度、耐腐蚀、热膨胀系数低等特点被广泛应用于航空航天，军事等领域。近些年来也逐渐被应用在海洋工程领域，用作仪表盘、救生筏、螺旋桨等船用部件以及各类型船的船体，但近些年对GFRP受海水腐蚀后性能演变及其腐蚀寿命预测研究的资料相对比较少，因此研究玻璃钢的耐海水腐蚀性能及对其腐蚀寿命进行预测有着重要的意义。
　　本文以环氧乙烯基酯树脂为基体，E型无碱玻璃纤维布为增强体，采用手糊成型工艺制备了GFRP板。通过在人工海水中进行常温浸泡试验、干湿循环试验以及高温加速试验，对GFRP板的质量变化率、强度保留率、力学性能变化以及形貌分析等进行详细分析，研究海水浓度、环境温度、干湿循环周期等因素对GFRP板的性能的影响，探讨GFRP试样的腐蚀机理，建立了复合材料的热寿命预测方程以及常温试验与高温加速试验间的关联度。
　　研究表明：GFRP经海水腐蚀后，随时间的延长试样表面颜色、光泽度以及厚度等都发生了一定变化，试样表面有鼓包、开裂等现象发生。通过常温海水浸泡试验发现，GFRP在海水中的吸湿行为会造成GFRP力学性能的下降，经过一年的海水浸泡试验后试样的拉伸强度下降了57.69％，弯曲强度下降了60.67%。通过对GFRP试样的吸湿率以及扩散系数的计算可以得到，干湿循环加快了试样吸湿速率，使试样较早达到饱和吸湿率；扩散系数D随人工海水盐浓度增大而增长，这与常温海水浸泡试验产生了差异；经过常温干湿循环后，试样的拉伸强度下降了62.91%，弯曲强度下降了67.25%，且干湿循环周期越短，循环次数越多，GFRP试样的力学强度下降越大。高温加速试验研究表明，升高环境温度后，海水腐蚀GFRP所表现出的趋势主要由化学腐蚀即大分子裂解产生小分子溶出物造成的质量下降，高温作用下试样的吸湿率约为常温的吸湿率的2倍；随着试验温度的升高，复合材料的力学性能出现了起伏变化，但总体上复合材料的力学性能均呈下降趋势。最后以GFRP的腐蚀老化机理为基础，在经典阿累尼乌斯理论的基础上，针对试验结果建立了GFRP的寿命预测方程lnt=7578.97/T-14.602，并建立了常温试验与高温加速试验间关联度的关系为t1/t2=e6601334(1/r1-1/r2)。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题研究背景及目的意义

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题的目的意义

1.2 GFRP的特点及其在海洋中的应用

1.2.1 GFRP的特点

1.2.2海洋环境的特点

1.2.3 GFRP在海洋中的应用

1.2.4海水对GFRP的腐蚀作用

1.3国内外海水对材料的腐蚀研究进展

1.3.1国内对海水腐蚀材料的研究

1.3.2国外对海水腐蚀材料的研究

1.4本文的主要研究内容

第2章 GFRP耐海水性能研究试验

2.1试验原料及设备

2.1.1主要试验原料

2.1.2主要试验设备

2.2玻璃钢试样的制备

2.3试验方法

2.3.1常温GFRP耐海水性试验

2.3.2常温干湿循环下GFRP的耐海水性试验

2.3.3高温加速GFRP耐海水性试验

2.3.4高温加速干湿循环下GFRP的耐海水性试验

第3章 常温海水环境下GFRP耐海水腐蚀行为研究

3.1常温GFRP耐海水性试验

3.1.1目测试样表面形貌

3.1.2常温海水环境对试样质量的影响

3.1.3常温海水环境对试样力学性能的影响

3.2常温干湿循环下GFRP耐海水试验结果与分析

3.2.1干湿循环海水环境对试样质量的影响

3.2.2 干湿循环海水环境对试样力学性能的影响

3.2.3 GFRP腐蚀后表面微观形貌分析

3.2.4 GFRP试样断口微观形貌分析

3.3本章小结

第4章 高温加速GFRP耐海水腐蚀行为与寿命预测

4.1高温GFRP耐海水性试验

4.1.1高温海水环境对试样质量的影响

4.1.2高温海水环境对试样力学性能的影响

4.1.3 GFRP试样断口形貌分析

4.2高温加速干湿循环试验结果与分析

4.2.1 高温加速干湿循环对试样质量的影响

4.2.2 高温加速干湿循环对试样力学性能的影响

4.2.3 红外光谱分析

4.3寿命预测

4.3.1 热寿命方程的建立

4.3.2 常温试验与加速试验的关联度

4.3.3 寿命预测

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢