玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理２００７年５月玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理
詹茂盛，刘德顺
（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京１０００８３）
摘要：针对潮湿和酸雨多发地域的航空器复合材料老化问题，模拟酸雨和湿热（普通热水）环境，研究了单向玻纤增强环氧树脂复合材料（ＵＧＦＲＥＣ）在酸雨和湿热环境下的吸湿一干燥循环老化行为；分析了不同循环次数下的ＵＧＦＲＥＣ的吸水动力学；采用力学测试装置、热力学分析装置和扫描电镜，分别表征酸雨和湿热循环老化前后ＵＧＦＲＥＣ的弯曲性能、层间剪切性能、冲击强度、动态粘弹性、玻璃化转变温度和冲击破坏形貌；初步给出反映酸雨和湿热循环过程中基体树脂与纤维间的界面应力变化模型。
关键词：酸雨循环老化；玻璃纤维；环氧树脂；复合材料
中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３—０９９９（２００７）０３—００２８—０６
随着大气污染的加剧，全球大部分地区都出现严重的酸雨现象，加速常年暴露在户外环境的复合材料航空器件的老化和寿命，因此研究复合材料酸雨循环老化行为是一项很有实际意义的工作。目前，研究湿热老化聚合物基复合材料的文献较多，而酸雨循环老化复合材料的研究文献尚未公开，并且关于湿热循环老化复合材料的文献也较少。关于聚合物基复合材料湿热老化的现有文献主要是对吸水扩散模型［１－３３的研究和湿热老化力学性能Ｈ，纠及热性能心’６ｏ的研究。Ｊ．Ｊｅｄｉｄｉ等。刊通过加速的湿热循环设计模拟了超音速飞行器上聚合物基复合，材料的服役状态，通过用低频循环过程模拟高频循环过程，有效地估计材料服役状态，根据Ｆｉｃｋ扩散第二定律结合实验结果计算出了经历不同循环条件下复合材料内部水浓度分布轮廓图；Ｂ．Ｌ．Ｌｅｅ等旧。研究了湿热循环对玻纤增强氰酸酯树脂复合材料的板内剪切性能影响。通过测试该复合材料重量的变化和层间剪切强度保留值的变化研究了该复合材料的湿热循环老化性能，显微镜观察发现树脂基体与纤维之间的界面粘结被削弱了。他们提出了两个疲劳破坏模式：①大多数基体与纤维表面处的局部裂纹沿着纤维方向增长；②不同铺层之间的分层与增强体铺层方向有关。Ｂ．Ｑｉ等一１总结了可预测经历冲击和湿热循环后碳纤维增强环氧树脂复合材料残余强度的经验公式，并用一复合函数预测板内应力分布，测试了复合材料循环老化后的硬度，比较实验结果和预测结果表
收稿１３期：２００６－０９－０４
作者简介：詹茂盛（１９５４一），男，教授，博士。
黛麟鬻黛麟麟
明两者拟合性较好。
鉴于上述研究，本文主要针对酸雨和潮湿多发地域航空器复合材料的老化问题，模拟酸雨和湿热（普通热水）环境来研究单向玻璃纤维增强环氧树脂复合材料（ＵＧＦＲＥＣ）酸雨和湿热循环老化过程中的吸水动力学行为；采用力学测试装置、热力学分析装置和扫描电镜，分别表征酸雨和湿热循环老化前后ＵＧＦＲＥＣ的弯曲性能、层间剪切性能、冲击强度、动态粘弹性、玻璃化转变温度和冲击破坏形貌；初步给出反映酸雨和湿热循环过程中基体树脂与纤维间的界面应力变化模型。
１实验
实验原材料为环氧树脂ＷＳＲ６１８和ＨＳ２号高强度玻璃纤维，均属国产。试样采用浸渍单向铺层法及模压成型工艺制备。模压条件为７０。Ｃ保压２ｈ—遇ｏ℃保压２ｈ。吸湿实验利用温控精度为±０．５℃的水浴锅控制老化温度在６０℃，脱湿实验利用真空烘箱控制温度在６０℃，用精度为０．０００１９的电子天平称量。模拟酸雨环境类似海南岛酸雨成分，即按硫酸／硝酸为３／２的比率配制成ｐＨ＝４．７的水溶液。试样在酸雨环境老化２ｄ，提出试样在真空烘箱中干燥２ｄ，为一个酸雨循环。试样尺寸为１１０ｘ５０Ｘ２．５ｍｍ。力学性能采用ＣＭＴ－５１０５型弯曲试验机测试，加载速度为１ｍｍ／ｍｉｎ，弯曲实验试样尺寸为６０×１２．５Ｘ２．５ｍｍ，层间剪切试样尺寸为３０Ｘ６×２．５ｍｍ。热力学性能采用ＤＭＴＡ—ＩＶ型动态力学分析仪，升温速度为５℃／ｍｉｎ，试样尺寸４０×５Ｘ２．５ｍｍ。
２００７年第３期玻璃钢／复合材料２９
２结果与讨论
２．１吸湿率
吸湿率按式（１）计算：
形一职
丝＝—面型×１００％（１）
ｗ
０
式中，Ｍ。为ＵＧＦＲＥＣ的吸湿率；Ｗ。为吸水时间ｔ时的试样重量；Ｗ０为ＵＧＦＲＥＣ试样的起始重量。
图１表示酸雨和湿热老化条件下，不同吸湿一干燥循环次数对ＵＧＦＲＥＣ含湿率的影响。由图１可知，无论是在酸雨老化条件下还是在湿热老化条件下，随吸湿次数的增加，每次循环吸湿阶段的含湿率总比前一吸湿阶段的含湿率大，每次脱湿阶段的含湿率也比前一脱湿阶段的含湿率大，但两者的增加速度均逐渐减慢。另外，无论是干态还是湿态环境，酸雨老化ＵＧＦＲＥＣ的含湿率均大于普通湿热老化ＵＧＦＲＥＣ的含湿率。
图１含湿率与吸湿．干燥循环数间的关系
Ｆｉｇ．１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｃｙｃｌｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅｗｅｉｇｈｔ
２．２吸湿和脱湿动力学
文献［１０一１２］通过吸水程度与时间的关系研究了聚合物树脂的吸水动力学，式（２）中的ｋ和ｎ表示吸水动力学参数：
Ｑ；
，。。
万瑚‘（２）
式中，Ｑ。为时间ｔ时刻的吸水量；Ｑ∞为平衡吸水量；ｔ为吸水时问；ｋ为聚合物与水之间的相互作用的特征常数；ｎ为反映树脂吸水机理的参数，它反映吸水扩散过程中的Ｆｉｃｋ扩散模式和非Ｆｉｃｋ扩散模式。
根据ｎ值的大小，水的扩散行为分为３种方式［１３｜：①ｎ＝１／２时，水的扩散为Ｆｉｃｋ扩散，扩散速率小于聚合物链段的运动速度，聚合物的吸水很快达到平衡，且不随时间变化；②ｎ≥１时，水的扩散为Ｓｕｐｅｒ扩散，渗入物的迁移率大于基体的松弛过程，这种扩散由外部聚合物的溶胀结构与内部聚合物的玻璃态结构间的界面确定，该界面向中心发展，内部聚合物的玻璃态结构尺寸减小，直至整个聚合物吸水平衡；③１／２＜／ｚ＜１时，水的扩散为不规则扩散，渗入物迁移率与聚合物链段的松弛相近，是①和②的中间形式。
为求出式（２）中的ｋ和ｎ的值，将式（２）变形得到式（３）：
ｌｏｇ（Ｑ。／Ｑ。）＝ｌｏｇｋ＋／７，ｌｏｇｔ（３）
结合实验数据和公式（３），可将不同吸湿．干燥循环次数的ＵＧＦＲＥＣ吸湿程度与时间的对数关系由图２所示。
图２吸水程度与时间和循环数间的关系
Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍｏｉｓｔｕｒｅ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｔｉｍｅａｎｄｃｙｃｌｅｎｕｍｂｅｒ
■麓—囊暖黼
３０玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理２００７年５月
由图２可知，随吸湿循环次数的增加，酸雨老化和湿热老化ＵＧＦＲＥＣ的吸湿速率均有增加趋势，但两者相差不大；随时间的延长，两者的吸湿速率在开始阶段增加较快，最终均趋于平衡。
根据图２的曲线外推拟合，可确定式（３）中的ｎ和ｋ在酸雨环境和湿热环境下各自的数值如表１所示。由表１可知，无论是酸雨老化还是湿热老化，随循环数的增加，ｎ值均逐渐增大，但酸雨老化时的ｎ值较大。这说明酸雨老化ＵＧＦＲＥＣ的吸水速率较大。两种老化的／７，值比较表明其吸水速率相差较小。由于树脂与纤维间的湿膨胀系数不同，吸湿和脱湿过程中界面处引发内应力，吸湿和干燥循环将促进内应力的产生，致使复合材料内部产生缺陷¨４｜，反则进一步加速复合材料的吸湿。文献［１１，１２］表明ｎ值接近０．５时，复合材料的吸湿率和脱湿率与时间的平方根成正比关系，即吸湿或脱湿扩散基本符合Ｆｉｃｋ扩散模式。从表１中的／７，值可以看出，该复合材料在这两种吸湿老化环境下的吸湿过程都基本符合Ｆｉｃｋ扩散模式。其次，在这两种吸湿老化环境下，随循环次数的增加，其ｋ值均有所降低；在相同循环数下，酸雨环境下的ｋ值大于湿热环境下的ｋ值。这说明酸雨环境促进了聚合物链段与水分子间的相互作用０１５］。
袁１不同循环次数下吸水过程的ｋ和ｎ的值
Ｔａｂｌｅ１Ｖａｌｕｅｏｆｋａｎｄｎｄｕｒｉｎｇｍｏｉｓｔｕｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｙｃｌｅｓ
２．３力学性能
表２为ＵＧＦＲＥＣ的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度随酸雨吸湿一干燥、湿热吸湿－干燥循环老化次数变化的规律。
分析表２可知，①酸雨和湿热条件下ＵＧＦＲＥＣ弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度均随循环老化次数的增加而降低，且开始时降低速度快，后来降低速度缓慢；②与干态相比，湿态下的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度降低程度大；③与湿热循环老化ＵＧＦＲＥＣ相比，酸雨循环老化的干态和湿态ＵＧＦＲＥＣ弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度低；④酸雨和湿热老化ＵＧＦＲＥＣ再经干燥后，其弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度有所提高，但回复不到初始态各自的相应值。
表２不同循环次数下复合材料的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击强度Ｔａｂｌｅ２
Ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｄｕｌ，ｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｙｃｌｅ
２．４冲击断面形貌
图３表示酸雨和湿热环境下经历１２次吸湿一干燥循环老化和未老化ＵＧＦＲＥＣ的冲击断面形貌。由图３可知，①未老化的纤维表面粘附树脂较多，说■■■■●添明树脂与纤维问的界面粘结性较好；②酸雨和湿热循环老化后试样内部的纤维表面粘附树脂较少，说明ＵＧＦＲＥＣ内部的纤维／基体问界面脱粘，且酸雨循环老化试样的纤维／基体间界面脱粘现象更为严
２００７年第３期玻璃钢／复合材料３ｌ
重；③经酸雨和湿热循环老化的试样再经干燥后，其界面粘结性有所恢复。但经多次吸湿－干燥循环老
墨
笔
≥
尘
赛
占化后，纤维与树脂的湿膨胀系数和纤维一树脂界面处的内应力变化必将导致纤维表面完全脱粘。
（ｂ）Ａｃｉｄｒａｉｎｃｙｃｌｉｎｇａｇｉｎｇ（ｃ）Ｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇａｇｉｎｇ
图３冲击断面形貌
Ｆｉｇ．３Ｉｍｐａｃｔｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
Ｄｒｙｓｔａｔｅ
Ｗｅｔｓｔａｔｅ
图４界面处应力变化的模拟过程
Ｆｉｇ．４Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅａｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ
综上所述，可用图４模拟ＵＧＦＲＥＣ在酸雨和湿热循环老化过程中的界面处应力的变化情况。界面处产生的应力用一组弹簧表示。假设初始态（干态）ＵＧＦＲＥＣ界面处于自由状态，这时没有应力作用，即弹簧处于自由状态。酸雨和湿热循环老化过程中树脂基体与纤维的湿膨胀系数不同将引发界面处内应力的产生，这时弹簧受拉应力作用；干燥脱湿过程中树脂收缩使界面处的内应力有所恢复，弹簧因受力减小，并趋于陕复原状。随酸雨和湿热吸湿一干燥循环老化的进行，ＵＧＦＲＥＣ界面处受到疲劳应力作用，随循环老化次数的增加，界面处出现缺陷，促进ＵＧＦＲＥＣ界面脱粘。
２．５热力学性能
图５（ａ）和（ｂ）分别表示酸雨和湿热老化环境下经历１２次吸湿－干燥循环及未老化的ＵＧＦＲＥＣ热力学性能。其中，Ｅ７为储能模量，ｔａｎ８为力学损耗。由图５可知，未老化ＵＧＦＲＥＣ的Ｔｇ为７６．７℃；酸雨循环老化ＵＧＦＲＥＣ在干态和湿态下的您分别为７３．１℃和６８．６。Ｃ；湿热循环老化ＵＧＦＲＥＣ在于态和湿态下的取分别为７５．５。Ｃ和７２．１℃。说明两种老化ＵＧＦＲＥＣ的耐热性均有所降低，但酸雨循环老化试样的耐热性降低的程度更大。经酸雨和湿热老化的ＵＧＦＲＥＣ再次干燥后，其玻璃化转变温度有所恢复，但仍低于初始态的Ｔｇ。可以认为吸湿老化导致玻璃化转变温度降低主要是吸湿增塑了树脂的缘故，其次是吸湿、干燥循环老化导致分子裂解的缘故。
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／＊Ｃ
（ａ）酸雨循环老化
■■鬃蔫麟
３２
玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理２００７年５月
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／。Ｃ
（ａ）湿热循环老化
图５复合材料老化前后的ＤＭＴＡ图
Ｆｉｇ．５ＤＭＴＡｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒ
ａ西ｎｇ
３结论
（１）酸雨环境下ＵＧＦＲＥＣ的含湿率高；
（２）两种老化吸湿过程基本符合Ｆｉｃｋ扩散模式；
（３）随吸湿．干燥循环次数的增加，两种老化ＵＧＦＲＥＣ的力学性能和玻璃化转变温度均有所降
低，且酸雨老化复合材料的力学性能和Ｔｇ降低的程
度较大；
（４）两种吸湿－干燥老化循环导致ＵＧＦＲＥＣ界面脱粘，酸雨老化条件下脱粘较严重，二次干燥可部分恢复界面脱粘。
参考文献
［１］ＧＲａｊａｇｏｐａｌａｎ，Ｋ
Ｍ
Ｉｍｍｏｒｄｉｎｏａ，ＪＷＧｉｌｌｅｓｐｉｅＪｒ，ｅｔａ１．Ｄｉｆｆｕｓｉｏ－ｈａｎｄ
ｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｅｐｏｘｙａｎｄ
ａｍｉｎｅ
ｉｎ
ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅｓｔｕｄｉｅｄ
ｕｓｉｎｇ
Ｆｏｕ—
ｔｉｅｒ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｔｄｔｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙ—Ｆｉｌｅｒ，２０００，４１（７）：２５９１－２６０２．
［２］ｂ－ＲｏｎｇＢａｃ，ＡｌｂｅｒｔＦＹｅｅ．Ｍｏｉｓｔｕｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌ
ａｇ－
ｉｎｇｉｎ
ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅｍａｔｒｉｘｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ—ｐａｒｔＩ：ｕｎｉ—ｗｅａｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，６２（１６）：
２０９９－２１１０．
［３］Ｌｉ—ＲａｎｇＢａｏ，ＡｌｂｅｒｔＦＹｅｅ．Ｍｏｉｓｔｕｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌ
ａ彝ｎｇｉｎｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ
ｍａｔｒｉｘ
ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ—ｐａｒｔＩＩ：ｗｏｖｅｎ
ａｎｄｈｙｂｒｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏＳｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，６２（１６）：２１１１－２１１９．［４］ｓ
Ｒ
Ｐａｔｅｌ，ＳＷＣａｓｅ．Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ
ｏｆ
ａ
ｇｒａｐｈｉｔｅ／ｅｐｏｘｙｗｏｖｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｕｎｄｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆ
Ｆａｔｉｇｕｅ，２０００，２２（９）：８０９－８２０．
［５］ｓＲＰａｔｅｌ，ＳＷＣａｓｅ．Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｌｙａｇｅｄ
ｇｒａｐｈｉｔｅ／ｅｐ－
ｏｘｙ
ｗｏｖｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｆａｔｉｇｕｅ，２００２，２４（１２）：１２９５—１３０１．
［６］ＳｕｎｇＹｉ，ＨａｒｒｙＨＨｉｌｔｏｎ．Ｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｎ
ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｒｅｓｐｏｎ—
ｓｅｓ
ｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９５，５
（２）：１８３－１９３．
［７］ＪＪｅｄｉｄｉ，ＦＪａｃｑｕｅｍｉｎ，Ａ
Ｖａｕｔｒｉｎ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｓ
ｏｎ
ｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎ
ｔｈｅ
ｅａｓｅ
ｏｆ
ａ
ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ
ａｉｒ－
ｃｒａｆｔ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｎＩｃｔｕｒｅｓ，２００５，６８（４）：４２９－４３７．［８］Ｂ
Ｌ
Ｌｅｅ，Ｍ
ＷＨ０ｕ．Ｅｆｆｅｃｔ
ｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅ
ａｎｄｔｈｅｒｍａｌ
ｃｙｃｌｉｎｇ
ｏｎｉｎ?
ｐｌａｎｅｓｈｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ
ｇｒａｐｈｉｔｅｆｉｂｒｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
ｃｙａｎａｔｅ
ｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
Ｐａｒｔ
Ａ，ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃ－
ｔｕｒｉｎｇ，１９９６，２７（１１）：１０１５—１０２２．［９］ＢＱｉ，ＩＨｅｍｚｂｅｒｇ．Ａｎ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｌａｍｉｎａｔｅｓａｆｔｅｒｉｍｐａｃｔ
ａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌ
ｃｙ－
ｃｌｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｍｌｃｔｕｒｅｓ，１９９９，４７（１－４）：４８３－４９０．
［１０］ＭＳＳｒｅｅｋａｌａ，ＪａｙａｍｏｌＧｅｏｒｇｅ，ＭＧ
Ｋｕｍａｒａｎ，ｅｔ
ａ１．Ｗａｔｅｒ—ｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｋｉｎｅｔｉｃｓ
ｉｎｏｉｌ
ｐａｌｍ
ｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ
Ｐａｒｔ
Ｂ，
Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００１，３９（１１）：１２１５—１２２３．
［１１］Ｔｈｏｍａｓ
ｓａｂｕｔ，ｓｒｅｅｋａｌａＭＳ，ｋｕｍａｒａｎ
ＭＧ．Ｗａｔｅｒ
ｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｉｎｏｉｌ
ｐａｌｍｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｈｅｎｏｌｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓ－
ｉｔｏｓＰａｒｔ
Ａ，Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２００２，３３（６）：７６３－
７７７．
［１２］詹茂盛，张继华．环氧树脂和双马树脂的热水老化及弯曲性能
研究［Ｊ］．航空材料学报，２００５，２５（３）：３７埘．
［１３］ＡｎｎＥｓｐｅｒｔ，ＦｒａｎｃｉｓｃｏＶｉｌａｐｌａｎａ，ＳｉｇｂｒｉｔｔＫａｒｌｓｓｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ
ｗａｔｅｒ
ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｉｎｎａｔｕｒａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃｆｉｂｒｅｓｆｒｏｍｗｏｏｄ
ａｎｄｏｎｅ—ｙｅａｒ
ｃｒｏｐｓｉｎ
ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ａｎｄ
ｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎ
ｔｈｅｉｒｍｅ?
ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
Ｐａｒｔ
Ａ，Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２００４，３５（１１）：１２６７—１２７６．
［１４］过梅丽，肇研，谢令．航空航天结构复合材料湿热老化机理的研
究［Ｊ］．宇航材料工艺，２００２，（４）：５１－５３．
［１５］刘宝俊．材料的腐蚀及其控髑［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出
版社，１９８９．
ＡＣⅢＲＡｌＮＣＹＣＬ斟ＧＡＧ州Ｇ
ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳＡＮＤ
Ａ皿ＣＨＡＮＩｓＭｏｌ’ＵＮｍＵ砸ＣＴｌｏＮＡＬ
ＧＬＡＳＳＦⅡＩＥＲ
ＲＥＤ腰ＯＲＣＥＤＥＰＯＸＹＣｏＭ田ｏＳｒ】【．】ＥＳ
ＺＨＡＮＭａｏ—ｓｈｅｎｇ，ＬＩＵＤｅ—ｓｈｕｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅａｇｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ｏｎ
ｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｉｎｔｈｅｄａｍｐａｎｄａｃｉｄｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｃｔ，
ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ—ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｙｃｌｉｎｇａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｓ
ｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
（ＵＧＦＲＥＣ）ｕｎｄｅｒ
ｔｈｅａｃｉｄ
ｒａｉｎ（ｈｏｍｅｍａｄｅ）ａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌ（ｎｏｒｍａｌ
ｈｏｔ
ｗａｔｅｒ）ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ｗｅｒｅ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．
（下转第４０页）
口＿【—碍＿
如筋加坫ｍ
晒∞
ＯＯＯＯ０
ＯＯ２１
１ｌ
１
ｌ
ＯＯＯＯＯ
日＾、∞
４０废渣粉煤灰纤维棉增强ＰＶＣ复合材料２００７年５月
３结论
（１）利用来自三废综合治理的ＦＡＦ，不仅成本低来源广，而且有极大的环保意义。使用ＰＶＣ和４０ｐｈｒ经偶联剂ＫＨ５５０处理的ＦＡＦ制成复合材料后，其拉伸强度提高约１２％，含软化剂处理的ＦＡＦ／ＰＶＣ复合材料冲击强度提高约１１０％，含１０ｐｈｒ经偶联剂和软化剂联合处理的ＦＡＦ时其冲击强度提高约７０％，拉伸强度提高约１１％。实验说明ＫＨ５５０增强了纤维与树脂问的结合力，提高了材料的强度。软化剂提高了基体的韧性和材料的抗冲击能力。二者联合使用对材料能起到协同的增强增韧作用；
（２）相对于纯ＰＶＣ而言，含８０ｐｈｒ经偶联剂和软化剂联合处理的ＦＡＦ时材料的维卡软化温度提高约６。Ｃ；
（３）从断面形貌观察，ＦＡＦ经ＫＨ５５０或联合处理剂处理后，纤维与树脂界面问的粘结改善，从而使二者具有较好的结合力，确保在不降低性能的前提下增加ＦＡＦ含量。
参考文献
［１］韩怀强，蒋挺大．粉煤灰利用技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１。
［２］陈杰．国内外聚氯乙烯工业生产技术进展［Ｊ］．当代石油石化，２００２，１０（３）：１７－２２．
［３］ＰａｒｋＳｏｏＪｉｎ，ＪｉｎＪｏｏｎｇＳｅｏｎｇ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔｏｎｉｎ—ｔｅｒｐｈａｓｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｍ／ｕｎｓａｔｕ－ｒａｔｅｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒｃｏｎ。
ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，２４２（１）：１７４—１７９．
［４］ＫａｃｈｌａｋｅｖＤＩ，ＬｕｎｄｙＪＲ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｏｌｌｏｗｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ—ｒｅｉｎ—ｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｒｅｂａｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９９９，３（２）：８７０１．
［５］胡廷永，李文晓，林冀松．玻璃纤维增强聚氯乙烯复合材料的研究［Ｊ］．复合材料学报，１９９６，１３（２）：２２－２７．
ＦＬＹＡＳＨＦⅡ；ＥＲ／ＰＶＣＣｏＭ【ＰｏＳＩＴＥＳ
ＸＵＹｕａｎ，ＣＨＥＮＪｉａｎ—ｄｉｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎ－ｈｕａ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦＡＦ（ｆｌｙａｓｈｆｉｂｅｒ）／ＰＶＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｉｘｉｎｇａｎｄｈｏｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｕｕｅ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｉｆｉｅｒｓａｎｄＦＡＦｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＲｏｃｋ—ｗｅｌｌｈａｒｄｎｅｓｓｉｓｅｘａｍｉｎｅｄ．强ｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＦＡＦ／ＰＶＣｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｂｙＳＥＭ．ＣｏｍｐａｒｅｄｔｏＰＶＣｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｔｅｓｔｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｄｉｃａｔｅｗｈｅｎＦＡＦｔｒｅａｔｅｄｗｉｔＩｌＫＨ５５０．ｔｌｌｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ１２％ａｔ４０ｐｈｒＦＡＦｃｏｎｔｅｎｔ，ｗｈｅｎＦＡＦｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｉｎｔｅｎｅｒａｔｅａｇｅｎｔ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ１１０％ａｔＦＡＦｃｏｎ—ｔｅｎｔｏｆ１０ｐｈｒ．ｗｈｅｎｔｈｅＦＡＦｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈＫＨ５５０ａｎｄｉｎｔｅｎｅｒａｔｅａｇｅｎｔ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ７０％ａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ１１％ａｔ１０ｐｈｒＦＡＦｃｏｎｔｅｎｔ．ＶＩＫＡｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓｇｏｉｎｇｕｐｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＦＡＦｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ
ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄｉｎｔｅｎｅｒａｔｅａｇｅｎｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．ＦＡＦ／ＰＶＣｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＶＣ，ｂｕｔａｌｓｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｙａｓｈｆｉｂｅｒ（ＦＡＦ）；ＰＶＣ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔ；ｉｎｔｅｎｅｒａｔｅａｇｅｎｔ；ｃｏｍ—ｐｏｓｉｔｅｓ
（上接第３２页）
ＴｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＵＧＦＲＥＣｄｕｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｙｃｌｅｎｕｍｂｅｒｓｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｉｄｒａｉｎａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｔｅｄｓｈｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｄｙｎａｍｉｃｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｇｌａｓｓｔｒａｎ。ｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｉｍｐａｃｔｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＵＧＦＲＢＣｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒａｇｉｎｇｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ．ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｄｅｖｉｃｅａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ．Ａｍｏｄｅｌｒｅ—ｆｌｅｃｔｉｎｇ
ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｒｅｓｉｎａｎｄｆｉｂｅｒｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｃｉｄｒａｉｎａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇａｇｉｎｇｗａｓｉｎｉｔｉａｌｌｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｉｄｒａｉｎｃｙｃｌｉｎｇａｇｉｎｇ；ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ；ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
—麓赣■瓣糕
玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理
作者：詹茂盛， 刘德顺， ZHAN Mao-sheng， LIU De-shun
作者单位：北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京,100083
刊名：
玻璃钢/复合材料
英文刊名：FIBER REINFORCED PLASTICS/COMPOSITES
年，卷(期)：2007，""(3)
被引用次数：3次
参考文献(15条)
1.G Rajagopalan.K M Immordinoa.J W Gillespie Jr Diffusionand reaction of epoxy and amine in polysulfone studied using Fourier transform infrared spectroscopy:experimental results 2000(07)
2.Li Rong Bao.Albert F Yee Moisture diffusion and hygrothermal aging in bismaleimide matrix carbon fiber composites-part Ⅰ:uni-weave composites 2002(16)
3.Li Rang Bao.Albert F Yee Moisture diffusion and hygrothermal aging in bismaleimide matrix carbon fiber composites-part Ⅱ:woven and hybrid composites 2002(16)
4.S R Patel.S W Case Durability of a graphite/epoxy woven composite under combined hygrothermal conditions 2000(09)
5.S R Patel.S W Case Durability of hygrothermally aged graphite/epoxy woven composite under combined hygrothermal conditions 2002(12)
6.Sung Yi.Harry H Hilton Hygrothermal effects on viscoelastic msponses of laminated composites
1995(02)
7.J Jedidi.F Jacquemin.A Vautrin Design of accelerated hygrothermal cycles on polymer matrix composites in the ease of a supersonic aircraft 2005(04)
8.B L Lee.M W Holl Effect of moisture and thermal cycling on inplane shear properties of graphite fibre-reinforced cyanate ester resin composites 1996(11)
9.B Qi.I Herszberg An engineering approach for predicting residual strength of carbon/epoxy laminates after impact and hygrothermal cycling 1999(14)
10.M S Sreekala.Jayamol George.M G Kumarau Water-sorption kinetics in oil palm fibers 2001(11)
11.Thomas sabut.sreekala MS.kumaran MG Water sorption in oil palm fiber reinforced phenol formaldehyde composites 2002(06)
12.詹茂盛.张继华环氧树脂和双马树脂的热水老化及弯曲性能研究[期刊论文]-航空材料学报 2005(03)
13.Ana Espert.Francisco Vilaplana.Sigbritt Karlsson Comparison of water absorption in natural cellulosic fibres from wood and one-year crops in polypropylene composites and its influence on
their mechanieal properties 2004(11)
14.过梅丽.肇研.谢令航空航天结构复合材料湿热老化机理的研究[期刊论文]-宇航材料工艺 2002(04)
15.刘宝俊材料的腐蚀及其控制 1989
引证文献(2条)
1.钟玉湘.吴宇平.王俊玻璃钢船艇的防蚀与维护研究[期刊论文]-纤维复合材料 2009(4)
2.严艳.于运花.杨小平.唐泽辉.陈淳.薜忠民玻纤增强乙烯基酯树脂复合材料在硫酸水溶液中的腐蚀速率研究[期
刊论文]-玻璃钢/复合材料 2008(5)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/e13304736.html,/Periodical_blgfhcl200703009.aspx
授权使用：中北大学(zbdxtsg)，授权号：f16ea46a-d239-459c-ba4f-9e61013718b9
下载时间：2011年1月4日