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水分、高溫高濕等環(huán)境因素等對復(fù)合材料性能測試的影響

點擊次數(shù):1066 更新時間:2023-08-29

隨著降低材料成本(即安裝、操作和維護)需求的不斷增加,復(fù)合材料在各行各業(yè)中變得越來越重要。這是由于它們的高比強度、耐腐蝕性和令人印象深刻的耐疲勞性能。由于這些材料使用范圍的逐步擴大,測試并分析影響復(fù)合材料在其應(yīng)用場景中的環(huán)境因素的需求也在增加。


環(huán)境因素對復(fù)合材料的影響


        復(fù)合材料的性能可能會隨著環(huán)境因素而發(fā)生變化。這些因素包括水分、熱循環(huán)、流體暴露、陽光和紫外線。比如,聚合物基復(fù)合材料在日常使用中易于吸收空氣中的水分。這種水分會使聚合物鏈塑化,導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)下降,并降低其機械性能。


        在工作溫度下,水分的擴散是緩慢的,因此為了便于測試表征,暴露在高溫和高濕度條件下可以加速水分的進入。ASTM D5229提供了復(fù)合材料試驗樣品濕度調(diào)節(jié)的標準化方法。


        樣品通常在潮濕室中暴露于高溫高濕環(huán)境中。測試人員每隔一段時間就會被仔細稱重。當樣品沒有表現(xiàn)出額外的重量增加時,樣品就達到了水分平衡。這些試樣將從試驗室中取出并進行試驗。


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復(fù)合材料的熱循環(huán)


        在某些應(yīng)用中,復(fù)合材料可能會經(jīng)歷熱循環(huán)。在一些情況下,這些溫度變化會導(dǎo)致聚合物基體的微裂紋和機械性能的損失。


        在石油和天然氣行業(yè)應(yīng)用中,復(fù)合材料已開始取代金屬,特別是在深水腐蝕性環(huán)境中,以及在飛機承重和非承重結(jié)構(gòu)中。這些部件在使用環(huán)境中與不同類型的流體接觸,這可能會影響它們的長期機械完整性。


復(fù)合材料的流體效應(yīng)


        通過將材料暴露在實驗室的工作流體中,我們可以量化環(huán)境對復(fù)合材料機械完整性的影響。長期性能可以通過加速化學(xué)變化的速率來評估,通常是通過提高溫度。


        為了進行該測試,復(fù)合材料樣品在壓力容器中暴露于流體(單相或多相)中,這取決于最終零件的使用環(huán)境。容器的溫度和壓力增加以加速物理和化學(xué)老化。測試復(fù)合材料的環(huán)境影響包括選擇與在役環(huán)境相關(guān)的特定條件,以及在部件的預(yù)期使用壽命內(nèi)如何影響材料的機械和物理性能。


        通過選擇合適的壓力和溫度,可以在實驗室中模擬復(fù)合材料在使用25年后的物理和機械退化,然后使用相關(guān)的機械測試方法進行測量。


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