● 摘要
玻纤织物增强环氧树脂结构复合材料具有优良的性能,已广泛应用于航天领域,但在服役或者贮存过程中,存在老化问题。研究服役和贮存过程中的老化性能和老化机理是一项耗时、耗成本的重要应用基础工作,为缩短老化试验时间,本文采用加速老化方法,系统研究了湿热老化和热空气老化导致玻纤织物增强环氧树脂结构复合材料(SW/EPN)的化学结构、动态力学性能、表面形态和质量等微结构演变行为及其演变机理。
本文由五章组成:
第一章 绪论。介绍了本文的研究背景及意义;概述了国内外湿热和热氧老化纤维增强复合材料的研究进展;总结了复合材料寿命预测模型;提出了本文的研究目的、研究内容和研究方案。
第二章 实验材料和实验方法。介绍了湿热和热空气老化的试验方法;概述了SW/EPN复合材料在老化过程中的微结构和性能演变的表征方法,以及相关的仪器和参数。
第三章 环氧树脂的固化和降解机理。介绍了EPN环氧树脂的化学结构,研究了EPN环氧树脂的固化机理、固化动力学和降解机理。结果表明,EPN环氧树脂为阳离子催化聚合反应机理,固化温度范围90~185℃。
第四章 玻纤织物增强环氧树脂结构复合材料的湿热老化行为。介绍了SW/EPN复合材料在55℃/RH75%、65℃/RH75%、75℃/RH75%和85℃/RH75%湿热条件下的老化行为,由质量变化得出了材料的吸湿曲线;研究了湿热环境对材料动态力学性能、分子结构和力学性能的影响。结果表明,湿热老化发生塑化,后固化,氧化和分解作用,使界面破坏,造成力学性能下降。
第五章 玻纤织物增强环氧树脂结构复合材料的热空气老化行为。介绍了SW/EPN复合材料在110℃、130℃、150℃和170℃下的热空气老化行为,通过质量测试得到复合材料的质量变化率,并对热空气老化机理进行了初步探讨;研究了热空气老化导致SW/EPN复合材料的化学结构、玻璃化转变温度、表面形态和质量等微结构演变行为及其演变机理,以及材料宏观力学性能变化规律。结果表明,热空气老化发生后固化,氧化和分解作用,使界面破坏,造成力学性能下降。
本文的主要贡献如下:
(1)通过湿热加速老化试验,得到SW/EPN复合材料湿热老化条件下的质量变化率、化学结构、动态力学性能和力学性能的演变规律,以及湿热老化机理。湿热老化过程中,发生界面脱粘,产生微裂纹并扩展;同时树脂塑化,分解导致孔洞;塑化和后固化是湿热老化的主要老化机理。
(2)通过热空气加速老化试验,得到SW/EPN复合材料热空气老化条件下的质量变化率、化学结构、动态力学性能和力学性能的演变规律,以及热空气老化机理。热空气老化过程中,发生界面脱粘,产生微裂纹并扩展贯通,出现分层现象;同时树脂后固化,分解导致孔洞;后固化和热解是热空气老化的主要老化机理。