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GFRP在海水环境下的性能演变规律与寿命预测模型

谢晶

   GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)是目前世界上产量最大、用途最广的树脂基复合材料,但GFRP受海水环境影响的耐久性研究资料还比较少,GFRP在海水环境下的性能演变规律和腐蚀寿命预测成为各国复合材料领域的一个重要研究课题。 本文总结了国内外相关领域的研究现状,整理归纳了GFRP在海水环境下的腐蚀基础理论,分析了GFRP发生腐蚀的形式和历程以及腐蚀数据处理的基本方法;模拟海水环境,研究了树脂浇铸体和GFRP的吸湿特性;对GFRP在不同介质盐度下拉伸性能、弯曲性能、抗冲击性能和巴士硬度的演变规律进行了试验探索;通过SEM观察分析了材料表观状况、微观结构的变化;根据腐蚀动力学方程、高分子物理、高分子化学相关理论,建立腐蚀寿命预测经验模型与理论模型;考虑湿、热双因素协同作用,推导了GFRP在湿热环境下的本构方程。 试验结果表明,树脂基体的吸湿行为可用Fick第二扩散定律进行描述,随着介质盐度的增大,湿致扩散系数下降,树脂在低浓度下吸湿与一维扩散相似,高浓度吸湿符合三维扩散的反Jardon函数;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,其在第1阶段的吸湿符合三维扩散Jardon函数,第2阶段的吸湿却与一维扩散相似;拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和巴士硬度均呈现总体下降但有起伏的趋势;随着腐蚀条件加重,GFRP的表层树脂由于腐蚀而脱落,纤维/树脂基体界面脱粘;断口形貌分析表明GFRP腐蚀后基体和纤维均呈现脆性断裂形式;对已有的力学性能数据曲线进行拟合,得到弯曲强度e指数函数方程的合理性和可靠性最高,可弯曲强度表征材料的综合性能。基于辐射交联统计理论推导了辐射剂量与基体分子量分布之间的模型,但是模型的可靠性需进一步试验验证。湿热环境下,由于基体与纤维之间膨胀系数不匹配,形成应力集中,对于层间剪切性能影响最为严重。……   
[关键词]:GFRP;海水环境;腐蚀;寿命预测方程
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工业大学2010年