车身用玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料的腐蚀行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaoyuqi521
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玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料(GFRP)以其优异的耐蚀性能在汽车工业中的应用逐渐受到我国及世界科学家与工程师们的重视,但是由于高分子材料的腐蚀形式和腐蚀机制与金属材料不同,现有的相关腐蚀研究数据等因素限制了GFRP在汽车工业中的应用。深入研究车身用GFRP的腐蚀行为,具有十分重要的工程应用背景及理论研究价值。  本文针对汽车运行环境中存在的腐蚀影响因素的研究现状,整理归纳了GFRP在汽车运行环境中的腐蚀机理及各环境因素对 GFRP腐蚀老化行为的影响规律,如温差、湿度、盐度和水等。采用单因素及多因素协同作用模拟加速试验方法,系统研究了渗透作用对GFRP腐蚀老化行为。对GFRP在不同环境氧气浓度、湿度、溶剂的溶度参数下的硬度、拉伸性能、弯曲性能和热稳定性能的演变规律进行了试验研究;采用红外光谱、扫描电镜、热重分析等微观分析手段,分析研究了GFRP腐蚀破坏的微观机制;最后依据聚合物腐蚀动力学方程、高分子物理、高分子化学等相关理论,建立了GFRP在湿热环境下力学性能衰减的三线型模型。  研究结果表明,树脂基体的湿气渗透行为遵循 Fick第一定律,即其与环境的湿度和基体的结构有关,而与温度等影响因素无关。在盐雾环境的使用条件下,随着渗透时间延长,GFRP透明度逐渐下降,GFRP中的富树脂层出现树脂溶解、表面树脂含量逐渐变得不均匀;贫树脂层纤维外露。通过红外光谱测试分析表明,材料在腐蚀后,没有新的元素产生和主链结构变化,主要的化学腐蚀形式是交联键的水解和氧化。并且GFRP的吸湿呈现“两阶段吸湿”规律,第1阶段的湿致扩散系数大于第2阶段的湿致扩散系数,且符合三维扩散Jardon函数,第2阶段的吸湿却与一维扩散规律相似。在盐雾环境中GFRP力学性能演化规律为:随温度和腐蚀时间的增长,硬度、拉伸强度和弯曲强度均呈现下降趋势。树脂基体发生水解,小分子析出,树脂交联结构受到破坏,且盐的正负离子渗入树脂,导致树脂、纤维和二者之间界面的破坏,因而 GFRP力学性能下降。根据中值老化寿命和剩余强度的关系式,建立的力学性能随老化时间的衰减三线型模型,能反映GFRP在盐雾环境中加速老化的各个阶段腐蚀行为。同时用Fick第二定律的Guass解、橡胶弹性理论和高分子溶液理论解释溶胀的微观机理、计算出试验材料溶解度参数δ=20.2(J/cm3)1/2、材料与海水溶液之间的相互作用参数0.55χ=,表明理论值与试验结果比较吻合。
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