碳纤维缠绕复合材料NOL环的湿热老化行为

摘要

本文建立了一种以复合材料NOL环为研究对象，研究碳纤维缠绕复合材料的壳体或压力容器在存贮和使用过程中的湿热性能的加速老化方法。将复合材料NOL环分别浸泡在35℃、55℃、65℃和75℃蒸馏水中，研究其吸湿特性，以及吸湿含量与动态力学性能和静态力学性能之间的关联，并应用阿伦尼斯模型研究NOL环的加速老化。 本论文旨在碳纤维缠绕复合材料压力容器的加速湿热老化方案的设计以及储存寿命预测提供基础数据，并对其寿命预测进行初步研究。 结果表明，根据NOL环的吸湿特性，其吸湿过程可分为三个阶段：Ⅰ)固有自由体积控制扩散吸湿阶段；Ⅱ)分子链松弛控制吸湿阶段；Ⅲ)界面破坏及裂纹扩展控制吸湿阶段。当湿含量达到1％时，复合材料进入界面破坏吸湿阶段，性能明显下降，剪切强度和弯曲强度、拉伸强度保留率约为75％、67％和90％，Tg下降了20℃。主要是由材料的后固化效应、水分子的塑化作用、脆化作用、水分子和聚合物的二次交联及界面破坏引起NOL环的性能变化。并且利用阿伦尼斯公式，得出在常温25℃全浸条件下，湿含量达到1％所需的老化时间为38871小时，同时计算出湿含量分别达到1％、0.9％、0.8％、0.7％和0.6％时的加速老化方程。该结果可为碳纤维缠绕复合材料壳体或压力容器的存贮寿命预测与评价提供重要-依据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1碳纤维缠绕环氧树脂基复合材料的特点和应用

1.2碳纤维复合材料环境老化行为的研究现状

1.2.1复合材料在湿热环境中的吸湿行为

1.2.2湿热老化的主要机理

1.2.3湿含量对复合材料性能的影响

1.2.4环境温度对吸湿复合材料性能的影响

1.2.5湿热老化对纤维树脂基复合材料界面性能的影响

1.3加速老化与寿命预测

1.3.1加速老化

1.3.2寿命预测模型

1.3.3国内外关于材料寿命预测的研究

1.4本论文的研究背景、内容及目标

第二章实验部分

2.1实验原料

2.2实验设备

2.3介质条件

2.4实验方法

2.4.1 NOL的制备

2.4.2吸湿率的测定

2.4.3动态力学性能分析(DMTA)

2.4.4静态力学性能测试

2.4.5差示扫描量热法

第三章结果与讨论

3.1 NOL环的吸湿特性

3.1.1不同老化时间下NOL吸湿特性

3.2湿热老化对碳纤维缠绕NOL环动态力学性能的影响

3.2.1湿热老化对碳纤维缠绕NOL环tan δ及Tg的影响

3.2.2碳纤维缠绕NOL环处于吸湿三阶段时力学损耗温度谱变化

3.2.3重新干燥后碳纤维缠绕NOL环的tan δ温度谱

3.3湿热老化对碳纤维缠绕NOL环静态力学性能的影响

3.3.1不同湿含量对碳纤维缠绕NOL环静态力学性能的影响

3.3.2温度、湿含量对碳纤维缠绕NOL环拉伸性能的影响

3.4寿命预测模型

第四章结论

参考文献

致谢

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