濕熱老化對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能產(chǎn)生的影響

操隆震 余萬興

摘 要：濕熱老化的環(huán)境狀態(tài)條件，會(huì)影響到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的自身性能，從而對(duì)于這些材料制作的雷達(dá)天線罩產(chǎn)生不良影響，全面探究濕熱老化產(chǎn)生的影響，將具有較強(qiáng)的研究意義。本文主要是從環(huán)氧樹脂復(fù)合材料老化試驗(yàn)的主要方法入手，針對(duì)濕熱老化對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行全面細(xì)致的分析和說明。

關(guān)鍵詞：濕熱老化；環(huán)氧樹脂；復(fù)合材料；性能；影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.050

1 前言

環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料在現(xiàn)階段的雷達(dá)天線罩中應(yīng)用程度較高，能夠發(fā)揮較大的作用，這主要是因?yàn)槠浔旧淼牧W(xué)強(qiáng)度較高，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，工藝性能較高，并且在較為寬廣的頻率和溫度范圍內(nèi)都能夠具有較為優(yōu)異的電性能。雷達(dá)天線罩在實(shí)際應(yīng)用的過程中，免不了遭受風(fēng)吹日曬，使用性能也會(huì)受到很多環(huán)境條件的影響，這些環(huán)境因素在不同的作用機(jī)制下能夠影響到復(fù)合材料，從而可能會(huì)導(dǎo)致這些材料的性能出現(xiàn)下降或者損壞變質(zhì)的情況，這就是常說的“腐蝕”或者“老化”。在眾多的研究實(shí)踐中，能夠發(fā)現(xiàn)濕熱老化是影響環(huán)氧樹脂復(fù)合材料自身性能的重要原因之一，需要對(duì)其進(jìn)行全面細(xì)致的分析。

2 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料老化試驗(yàn)的主要方法

針對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在一定環(huán)境條件下的老化規(guī)律和耐老化性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)和研究，通常情況下，能采用的老化試驗(yàn)方法較多，總體上能夠劃分為兩類：一方面是自然老化試驗(yàn)方法，這種方法主要是充分應(yīng)用了自然環(huán)境條件、自然介質(zhì)開展試驗(yàn)工作，常見的有倉庫貯存試驗(yàn)、大氣老化試驗(yàn)、水下埋藏試驗(yàn)以及還會(huì)浸漬試驗(yàn)等方面。另一方面是人工老化試驗(yàn)方式，這種方法在實(shí)際應(yīng)用的過程中，主要采用了人工的方式，針對(duì)大氣環(huán)境條件或者試驗(yàn)所需要的特定環(huán)境條件進(jìn)行模擬，重點(diǎn)強(qiáng)化和突出某些因素，從而在較短時(shí)間內(nèi)獲取試驗(yàn)結(jié)果。這類方法常見的有熱老化試驗(yàn)、人工氣候試驗(yàn)、臭氧老化試驗(yàn)以及二氧化硫氣體腐蝕試驗(yàn)等方面。

3 濕熱老化對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能產(chǎn)生的影響

環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在受到外界環(huán)境的影響作用下，會(huì)發(fā)生一定的變化，這些變化通常會(huì)直接影響到材料本身的性能和結(jié)構(gòu)。針對(duì)這種影響情況進(jìn)行全面分析和研究，將能為有效控制濕熱老化問題提供良好的前提條件。

3.1 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在濕熱環(huán)境條件下的變化

環(huán)氧樹脂復(fù)合材料本身容易發(fā)生濕熱老化問題，這主要是因?yàn)闈駸岬沫h(huán)境條件會(huì)使得材料的性能發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為基體、基體界面或者纖維以及纖維界面出現(xiàn)變化或者性質(zhì)方面受到破壞，這樣水分在逐漸進(jìn)入材料的過程中，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂復(fù)合材料絕緣性能呈現(xiàn)下降狀態(tài)，并且力學(xué)性能也出現(xiàn)變化[1]。

3.2 需要的試驗(yàn)設(shè)備材料

針對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行試驗(yàn)，選取的主要材料是GF/EP608復(fù)合材料，該項(xiàng)材料采用熱壓灌法制作而成。針對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行濕熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)，保持4小時(shí)為一個(gè)循環(huán)周期，為了保證最終試驗(yàn)效果的準(zhǔn)確性，需要最少開展10個(gè)周期的循環(huán)。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，溫度下降的過程中，可以將相對(duì)濕度降低到85%，其他情況都需要將相對(duì)濕度保持在（95±5）%。在具體試驗(yàn)過程之中，需要采用的試驗(yàn)儀器和設(shè)備主要包括了TH2683絕緣電阻測(cè)試儀、HIOKI3532-50LCR介電頻譜測(cè)試儀、HS-100恒溫恒濕濕熱老化箱、Nexus傅里葉變換紅外光譜儀、OBG-3高頻表、RGT-4000電子萬能試驗(yàn)機(jī)等方面[2]。

3.3 濕度方面的影響

按照不同的濕熱老化時(shí)間，針對(duì)GF/EP608復(fù)合材料的重量進(jìn)行稱量，能夠發(fā)現(xiàn)，其隨著時(shí)間的延續(xù)，材料本身的吸濕率也在不斷上升，而在最開始的96小時(shí)內(nèi)上升速率較快，隨后上升曲線逐漸變緩，這種變化曲線較為滿足材料本身的濕含量和老化時(shí)間平方根成線性關(guān)系的規(guī)律，能夠得出GF/EP608復(fù)合材料本身在初期時(shí)候，主要表現(xiàn)為水能夠在材料之中發(fā)生逐漸擴(kuò)散和滲透的情況[3]。

3.4 力學(xué)性能方面的影響

研究濕熱老化對(duì)于GF/EP608復(fù)合材料力學(xué)性能造成的影響，能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，需要從兩方面進(jìn)行分析：第一，靜態(tài)力學(xué)性能方面。該項(xiàng)材料本身的力學(xué)強(qiáng)度值隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)出了逐漸降低的情況并慢慢趨向于平緩。當(dāng)經(jīng)過了240小時(shí)的濕熱老化之后，GF/EP608復(fù)合材料的經(jīng)、緯向的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度以及層間剪切強(qiáng)度都出現(xiàn)了分別的下降，這些情況表明GF/EP608復(fù)合材料受到濕熱環(huán)境的影響較大[4]。處在濕熱環(huán)境狀態(tài)下，GF/EP608復(fù)合材料中的水會(huì)促使基體出現(xiàn)溶解變脹的情況，從而將會(huì)對(duì)于纖維產(chǎn)生一定剪應(yīng)力，如果當(dāng)這個(gè)應(yīng)力增加到了一定范圍，引發(fā)界面出現(xiàn)脫粘情況的可能性較大。同時(shí)，高溫的水會(huì)給樹脂基本分子鏈產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至?xí)茐牡嚼w維和基體的化學(xué)結(jié)合情況。第二，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。GF/EP608復(fù)合材料在濕熱老化環(huán)境下，前240小時(shí)儲(chǔ)能模量出現(xiàn)逐漸降低的情況，這就說明在吸濕狀體下的GF/EP608復(fù)合材料呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)松弛的情況，會(huì)影響到整個(gè)體系的儲(chǔ)能效果。而當(dāng)240小時(shí)之后，GF/EP608復(fù)合材料受到濕熱老化的影響將會(huì)逐漸更趨向于低溫狀態(tài)。

4 結(jié)束語

環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在現(xiàn)階段的雷達(dá)天線罩中能夠發(fā)揮積極作用，但是容易受到濕熱環(huán)境的影響，從而出現(xiàn)較多方面性能的變化，具體表現(xiàn)在了力學(xué)性能以及濕度方面，并且斷口形貌、介電性能方面也會(huì)發(fā)生較大的改變。針對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料受到濕熱老化條件的影響進(jìn)行全面細(xì)致的分析，將能夠?yàn)楦冒l(fā)揮環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的作用和優(yōu)勢(shì)，提供良好的前提條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]高坤，史漢橋，孫寶崗等.濕熱老化對(duì)玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2016，33（06）：1147-1152.

[2]王占彬，張?zhí)祢?，范金娟?T700和T300碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料耐濕熱老化性能的對(duì)比[J].期刊論文，2015，39（07）.

[3]劉剛，張朋，楊喆等.尼龍無紡布結(jié)構(gòu)化增韌層增韌碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的濕熱力學(xué)性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2015，32（06）：

1633-1640.

[4]張朋，劉剛，張利等.尼龍無紡布增韌RTM復(fù)合材料的濕熱老化性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2015，32（05）：1301-1308.