紫外、高低温老化对玻纤增强复合材料性能的影响

摘要

玻纤增强复合材料（Glass Fiber Reinforced composite materials）具有很多优良性能，而被用于许多领域，在我国主要应用在风机发电领域。风机叶片的服役环境比较复杂，自然服役环境中的紫外光、温度、降雨、各种风沙冲刷等都会导致风机叶片性能降低，使用寿命缩短，因此对风机叶片材料进行比较细致的研究具有工程意义。本文主要对GFRP复合材料受紫外光、高温、低温作用后的性能进行研究分析并建立有限元模型模拟了不同温度环境对 GFRP层合板静态拉伸和弯曲性能的影响。
　　本文以玻纤增强环氧乙烯基酯树脂（EVE/GF）和玻纤增强不饱和聚酯树脂（UP/GF）两种复合材料为研究对象，在三种环境作用下（紫外老化、120℃高温老化和-30℃低温老化）进行老化前后两种试件物理性能和静态力学性能的测试分析，并采用了光学显微镜、扫描电镜对试件表面及断口进行形貌分析，采用傅立叶红外光谱对老化处理前后两种层合板的基体结构进行分析。最终通过ANSYS软件对EVE/GF试件常温、高温、低温作用后静态力学行为进行模拟，并与实验结果进行比较。
　　（EVE/GF）和（UP/GF）两种层合板性能测试结果表示：紫外老化处理672h后两种试件的力学性能均有降低，其中（EVE/GF）对紫外老化更为敏感，下降幅度较大；高、低温老化处理672h后，两种试件的弯曲、拉伸性能均有所降低，在高、低温老化过程中，（UP/GF）试件对温度更为敏感，降低幅度较大。红外光谱分析表明：紫外老化672h后，两种层合板的基体结构均发生了化学变化，这是因为在紫外老化作用下，树脂基体将发生光氧化与水解反应；高温老化672h后（UP/GF）和（EVE/GF）试件分子链发生断裂，有化学变化产生，但是与（UP/GF）相比，（EVE/GF）试件耐高温性能更好；低温老化672h后，两种层合板基体结构均没发生变化，说明两种树脂耐低温性能良好。通过有限元模拟 EVE/GF材料的力学性能变化表明：模拟与实验结果相符，误差在允许范围内。

目录

第一章绪论

1.1选题背景与意义

1.2环境老化国内外研究

1.3复合材料的老化机理

1.4数值模拟国内外研究现状

1.5本文的研究内容

第二章实验部分

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3风机叶片的老化实验

2.4物理性能测试

2.5静态力学性能测试

2.6结构与形貌分析

第三章GFRP层合板紫外老化研究

3.1试件紫外老化后宏观分析

3.2紫外老化对试件力学性能的影响

3.3FTIR分析

3.4表面形貌分析与断口分析

3.5本章小结

第四章GFRP层合板高温老化研究

4.1试件高温老化后宏观分析

4.2试件高温老化后物理性能分析

4.3高温老化对试件力学性能的影响

4.4 FTIR分析

4.5表面形貌与断口分析

4.6本章小结

第五章GFRP层合板低温老化研究

5.1低温老化后宏观与微观表面分析

5.2低温老化对试件硬度的影响

5.3低温老化对试件力学性能的影响

5.4 FTIR分析

5.5低温老化后SEM断口分析

5.6本章小结

第六章GFRP层合板高低温力学行为模拟分析

6.1GFRP层合板力学行为有限元模拟

6.2拉伸行为有限元分析

6.3弯曲行为有限元分析

6.4本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

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