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水分、高溫高濕等環(huán)境因素等對復合材料性能測試的影響

更新時(shí)間:2024-05-15  |  點(diǎn)擊率:166
  隨著(zhù)降低材料成本(即安裝、操作和維護)需求的不斷增加,復合材料在各行各業(yè)中變得越來(lái)越重要。這是由于它們的高比強度、耐腐蝕性和令人印象深刻的耐疲勞性能。由于這些材料使用范圍的逐步擴大,測試并分析影響復合材料在其應用場(chǎng)景中的環(huán)境因素的需求也在增加。
 
  環(huán)境因素對復合材料的影響
 
  復合材料的性能可能會(huì )隨著(zhù)環(huán)境因素而發(fā)生變化。這些因素包括水分、熱循環(huán)、流體暴露、陽(yáng)光和紫外線(xiàn)。比如,聚合物基復合材料在日常使用中易于吸收空氣中的水分。這種水分會(huì )使聚合物鏈塑化,導致玻璃化轉變溫度(Tg)下降,并降低其機械性能。
 
  在工作溫度下,水分的擴散是緩慢的,因此為了便于測試表征,暴露在高溫和高濕度條件下可以加速水分的進(jìn)入。ASTM D5229提供了復合材料試驗樣品濕度調節的標準化方法。
 
  樣品通常在潮濕室中暴露于高溫高濕環(huán)境中。測試人員每隔一段時(shí)間就會(huì )被仔細稱(chēng)重。當樣品沒(méi)有表現出額外的重量增加時(shí),樣品就達到了水分平衡。這些試樣將從試驗室中取出并進(jìn)行試驗。
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復合材料的熱循環(huán)
 
  在某些應用中,復合材料可能會(huì )經(jīng)歷熱循環(huán)。在一些情況下,這些溫度變化會(huì )導致聚合物基體的微裂紋和機械性能的損失。
 
  在石油和天然氣行業(yè)應用中,復合材料已開(kāi)始取代金屬,特別是在深水腐蝕性環(huán)境中,以及在飛機承重和非承重結構中。這些部件在使用環(huán)境中與不同類(lèi)型的流體接觸,這可能會(huì )影響它們的長(cháng)期機械完整性。
 
  復合材料的流體效應
 
  通過(guò)將材料暴露在實(shí)驗室的工作流體中,我們可以量化環(huán)境對復合材料機械完整性的影響。長(cháng)期性能可以通過(guò)加速化學(xué)變化的速率來(lái)評估,通常是通過(guò)提高溫度。
 
  為了進(jìn)行該測試,復合材料樣品在壓力容器中暴露于流體(單相或多相)中,這取決于最終零件的使用環(huán)境。容器的溫度和壓力增加以加速物理和化學(xué)老化。測試復合材料的環(huán)境影響包括選擇與在役環(huán)境相關(guān)的特定條件,以及在部件的預期使用壽命內如何影響材料的機械和物理性能。
 
  通過(guò)選擇合適的壓力和溫度,可以在實(shí)驗室中模擬復合材料在使用25年后的物理和機械退化,然后使用相關(guān)的機械測試方法進(jìn)行測量。
 
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