聚氨酯結構膠—碳纖維復合材料老化性研究

李雪嬌　孫墨瓏　趙朋遠

摘 要：利用力學計算方法和理論對聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料在人工加速老化試驗下進行了老化性的理論計算，并結合加速老化試驗的結果對聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料的老化性能進行了簡單的分析。結果表明：聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料經過人工加速老化試驗處理后濕熱老化性壽命長達55年，滿足設計要求；且實際使用聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料時的濕熱老化性壽命會比理論計算得到的壽命更長。

關鍵詞：聚氨酯；碳纖維；老化；壽命

引言

聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料是專門針對處于海洋環境中的電纜與密封殼體之間研制的一種新型材料，具有操作簡便、耐老化性能優異等特點。聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料在拉伸強度、耐酸性、耐堿性和抗輻射性等方面都明顯優于目前常用的傳統密封填料[1]。

文章擬將力學計算方法和理論對聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料進行老化性壽命的計算，并對此復合材料的密封性能進行分析和評價。

1 實驗部分

為能盡快了解聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料的老化性能，可進行人工加速老化試驗。

由于聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料是用于海洋環境中的電纜密封，因此在人工加速試驗模型中選擇濕熱老化試驗。

恒溫恒濕試驗箱：溫度（60±2）℃，相對濕度（95±5）%，老化箱內有效工作區的溫、濕度均勻，無明顯波動（試驗條件參照GJB150.9-86）。

拉伸試件：每組5個試件，制作7組，其中1組為加入偶聯劑的空白試件，1組為不加入偶聯劑的空白試件。

試件在溫度（20±2）℃，相對濕度（50±5）%的環境下固化后，分別測定加入偶聯劑的空白試件和不加入偶聯劑的空白試件的拉伸強度。其余試件放入恒溫恒濕試驗箱中，試件相互之間、試件與箱壁之間不得接觸。試件在1d，2d，4d，6d，8d時各取出一組試件，置于室溫，待試件表面溫度與室溫平衡后，測試拉伸強度。

2 結果與討論

通過萬能力學拉力機測定各組試件的拉伸強度如表1所示。

-絕對溫度/K；A-頻率因子/d-1

通過MATLAB編程對試件的拉伸強度數據進行計算[2]。

通過程序計算得到α=0.2217，K=0.0163，B=0.9898。

代入數值計算得到老化時間τ[3]，即聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料的老化性壽命為55年。

3 結束語

在加速老化試驗條件下試件經測試后，拉伸強度趨近于10MPa，老化壽命經計算得出為55年，久于預期值50年；而實際使用聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料時，所處的環境要求如溫度、濕度等比人工加速老化試驗的要求低，因此聚氨酯結構膠-碳纖維復合材料的實際老化性壽命會比理論計算得到的壽命更長，滿足設計要求，且該項目已于2007年5月通過部級鑒定，達到國際先進水平，并成功應用于某些重點工程中，為今后的工程應用起到預測和指導作用。

參考文獻

[1]趙朋遠.電纜密封材料技術報告[R].黑龍江：哈爾濱化工研究所出版社，2007（5）.

[2]汪俊.橡膠密封材料熱氧老化及壽命評估研究[D].哈爾濱工業大學工程力學系，2011.

[3]崔志博.橡膠密封材料油介質老化特性及壽命評估方法研究[D].哈爾濱工業大學工程力學系，2012.

通訊作者：趙朋遠（1960-），黑龍江哈爾濱人，高工，學士，主要從事電子化學品、耐高溫膠粘劑和密封材料方面的研究。