树脂基复合材料耐海水性能研究进展.pdf

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1、60树脂基复合材料耐海水性能研究进展2011年3月树脂基复合材料耐海水性能研究进展李明明，王晓洁，刘新东(西安航天复合材料研究所，西安710025)摘要:树脂基复合材料以其轻质、高强、高模等特性广泛应用于航空航天、海洋工业等领域。本文介绍了近年来国内外关于树脂基复合材料耐海水性能的研究进展。从纤维、基体和界面三个方面分析了复合材料耐海水腐蚀原理，综述了温度、浸泡时间和孔隙率等因素对复合材料耐海水性能的影响，最后提出了改善复合材料耐海水性能的途径

2、。关键词:树脂基复合材料;海水腐蚀;吸水率;界面性能中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003－0999(2011)02－0060－051前言性能的影响也很重要。复合材料的海水腐蚀可以纤维增强树脂基复合材料与金属、陶瓷和塑料分为增强纤维的腐蚀、基体树脂的腐蚀和界面的腐蚀三种。等传统材料相比，具有高强、高模、轻质和耐腐蚀等2.1增强纤维的海水腐蚀特性，在船舶工业、海上油田和海军武器装备等海洋纤维作为树脂基复合材料的骨架材料，是复合领域中具有十分广泛的应用前景，近年来越来越受［1］材料的主要承力部分，海水环境会使增强纤维表面到国内

3、外学者的重视。海水是自然界中数量最多化学结构发生变化从而导致纤维破坏。目前用于树而且具有很强腐蚀性的电解质溶液，含有3.2%～脂基复合材料的增强纤维主要有玻璃纤维、碳纤维3.75%NaCl等盐类，溶解有氧和二氧化碳等气体，和芳纶纤维三种，碳纤维的耐海水性能最好，玻璃纤还有大量海生物，正是海洋环境的多变导致了复合维次之，芳纶纤维最差。这是因为芳纶纤维结构中材料海水腐蚀机理的复杂性。复合材料的海水腐蚀存在大量易水解的酰胺键，使得纤维易水解导致强行为是材料在服役过程中的一个非常重要的问题，度等性能下降;此外，芳纶纤维具有典型的“皮芯”它将直接影

4、响到复合材料的力学性能、热性能、电性结构，水分子通过溶胀作用进入纤维表皮，然后在能以及材料的使用寿命。一般来说，复合材料的耐扩散和极性基团吸附的共同作用下向芯部运动，海水腐蚀性能远好于钢铁等金属材料的，但对复合但是由于芯部的高结晶度串晶聚集体结构，水分材料海水腐蚀机理的研究还远不如金属材料成熟，子很难进入，所以水分子就会破坏串晶聚集体之由此限制了复合材料在海洋领域的应用和推广。本间的氢键作用，最后导致纤维强度迅速下降。因文主要从原理上分析了纤维、基体和界面对复合材此，耐海水腐蚀复合材料的增强材料以玻璃纤维料耐海水性能的贡献，总结了温度、浸

5、泡时间和材料和碳纤维居多。孔隙率等因素对复合材料耐海水性能的影响，最后［2］HuangGu用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制从原理和影响因素出发，提出了改善复合材料耐海成复合材料层合板，对其进行海水浸泡实验，发现复水性能的方法。合材料吸水率随浸泡时间不断增加，120d后平衡吸2复合材料耐海水腐蚀原理湿量为0.5%，且拉伸强度也在浸泡120d后降到最树脂基复合材料由纤维、基体和界面三部分组［3］低，下降约25%。F．A．Ramirez对比研究了T-700成，各部分对复合材料耐海水性能的影响各不相碳纤维和E-玻璃纤维及其复合材料在海水环境中同，其

6、中界面的影响最大。由于基体与纤维的性的性能，发现玻璃纤维的耐海水性能要比碳纤维能直接决定界面情况的好坏并最终影响复合材料差，前者在60℃海水中浸泡2d后，强度下降50%，的整体性能，因此基体和纤维对复合材料耐海水而碳纤维在海水中则表现出惰性，强度未有明显收稿日期:2010-06-12作者简介:李明明(1985-)，男，硕士，主要从事高性能树脂基复合材料研究。FRP/CM2011.No.22011年第2期玻璃钢/复合材料61下降。但是碳纤维/环氧

7、复合材料和玻璃纤维/环等对碳纤维/环氧树脂复合材料进行浸泡腐蚀实验，氧复合材料在海水浸泡后强度均下降，其中玻璃并对腐蚀前后的试样进行电阻值测量、力学性能测纤维/环氧复合材料层间剪切强度下降75%，碳纤试及试样形貌的显微观察。结果表明，试样的电阻维/环氧复合材料层间剪切强度下降了约82%，这值随浸泡时间的延长，先增后减;同时浸泡使得试样说明复合材料的耐海水性能不光与纤维的耐海水剪切强度明显降低，降幅达49%，并且下降幅度与性能有关，还与基体树脂以及复合材料界面等因试样吸湿率相关;玻璃化转变温度从151℃下降到素有关。98.2℃，降幅达35%

8、。2.2树脂基体的海水腐蚀2.3界面的海水腐蚀基体树脂对复合材料的耐海水性能有很大影海水对复合材料的破坏都是先由界面开始的，响，这是因为基体的化学结构、分子量和分子量分布腐蚀过程可以概括为:水