玻璃纖維增強復合材料的壽命預測

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1、68工程塑料應用2011年，第39卷，第1期*玻璃纖維增強復合材料的壽命預測111121李暉張錄平孫巖劉亞平王樹倫章玉齋(1．中國兵器工業(yè)集團第五三研究所，濟南250031;2．南京軍代局駐濟南地區(qū)代表室，濟南250031)摘要運用雙因素方差分析法對試驗數(shù)據(jù)進行分析，選取能夠敏感反映玻璃纖維(GF)增強復合材料在老化過程中性能變化的指標———彎曲強度作為預測壽命的性能指標。提出了環(huán)境綜合因子的概念，并利用實驗室人工加速老化試驗數(shù)據(jù)分析確定環(huán)境綜合因子中各因素(溫度、濕度、光照強度)的比例系數(shù)?；诙y(tǒng)計分析方法，建立GF增強復合材料在老化過程中彎曲強度與老化時間、環(huán)境綜合

2、因子之間的二元一次方程，通過計算可得方程的形式為y=684．13－4．071t－0．025w，利用F檢驗法對回歸方程和回歸系數(shù)的顯著性進行檢驗，檢驗結果表明，在α=0．01水平下，方程的回歸效果和回歸系數(shù)均為顯著。利用6個地區(qū)3a試樣的試驗數(shù)據(jù)對方程進行驗證，結果預測值和實測值很好地吻合，說明用此回歸方程預測GF增強復合材料的壽命在一定條件下是可靠的。關鍵詞玻璃纖維增強復合材料壽命預測環(huán)境綜合因子自從聚合物基復合材料在航空、航天、車輛、船1試驗部分舶等行業(yè)中廣泛應用以來，科研人員就開始關注復1．1原材料合材料的自然老化壽命問題。經(jīng)過幾十年的研究發(fā)GF增強復合材料:中國兵器工

3、業(yè)集團第五三研現(xiàn)，聚合物基復合材料的自然老化是一個非常復雜究所。的問題，原因是聚合物基復合材料與金屬材料相比，1．2主要儀器、設備其本身的物理、力學性能存在較大的分散性，這種分氙燈光老化試驗箱:Ci65/DMCA型，美國Atlas散性受原材料(樹脂體系、增強纖維等)的分散性、ElectricDevices公司;復合材料的固化成型工藝及后處理工藝、樹脂在增熱老化試驗箱:401B型，上海試驗儀器總廠;強纖維中的流動行為、氣泡、空隙等諸多因素的影濕熱老化箱:SH050A型，重慶銀河試驗儀器有響［1］。限公司;纖維增強復合材料作為一種聚合物基復合材萬能電子試驗機:RGT－10A型，

4、深圳市瑞格爾儀器有限公司。料，因其自然老化性能分散性大，導致在老化試驗過1．3試驗方法及條件程中需要用大量的試樣，試驗費用非常高，在項目研選用自然老化和人工加速老化兩種試驗方法。究中難以承受。因此在實際工程應用中，需要在自其中人工加速老化試驗方法有熱空氣加速老化、光然老化數(shù)據(jù)少、老化周期短的情況下對復合材料壽加速老化、濕熱老化等方法。命進行預測。國內(nèi)外很多科研工作者對聚合物基復熱空氣加速老化試驗按GB/T7141－1992進合材料的自然老化壽命預測做了很多工作。俄羅斯行，試驗溫度為80℃;全俄航空研究院Γ．M．古尼耶夫等提出了中值老化光加速老化試驗按GB/T164222．2

5、－1999進壽命和剩余強度之間的關系公式，工程應用表明，該2行，輻照強度為0．50W/m，波長為340nm;降雨周公式能較好地描述聚合物基復合材料的自然老化規(guī)［2］期為18min/120min;黑板溫度為65℃;相對濕度為律。預測材料的使用壽命可以為材料在工程應50%;用上提供參考依據(jù)，減少因材料老化而造成的巨大濕熱老化試驗按GB/T2574－1989進行，試驗損失與事故。溫度為60℃;相對濕度為95%;筆者主要通過對玻璃纖維(GF)增強復合材料自然老化試驗主要是采用大氣暴露試驗方式。的不同地區(qū)的自然大氣暴露試驗和實驗室人工加速選取西雙版納、萬寧、拉薩、漠河、濟南、廈門等6

6、個老化(熱空氣加速老化、光加速老化、濕熱老化)試地區(qū)進行試驗。自然老化試驗按GB/T2573－1989驗的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，建立材料性能與老化時間和環(huán)境綜合因子之間的方程，通過方程對GF增強*國防環(huán)境試驗與觀測重點項目(H092006A004)復合材料的使用壽命進行預測。收稿日期:2010-11-02李暉，等:玻璃纖維增強復合材料的壽命預測69進行，采用朝南45°暴露角。6個試驗地區(qū)的環(huán)境氣表3彎曲強度試驗結果MPa候基本情況見表1。時間/月西雙版納萬寧廈門拉薩漠河濟南0609609609609609609表16個試驗地區(qū)的氣候基本情況0．56906156916436436

7、36試驗站項目1603616676616681645萬寧漠河拉薩廈門西雙版納濟南2552641700606671652海南省黑龍江省西藏福建省云南省山東省3668619584621626687地點萬寧市漠河縣達孜縣廈門市景洪市濟南市6629624561592645573氣候濕熱海洋寒冷內(nèi)陸高原氣候亞熱帶海亞熱帶溫帶9645606616609645628類型性氣候氣候洋性氣候雨林氣候氣候12589620597627670560海拔/m12．3613．03658．0626．651．6185534416185455995