聚氨酯結(jié)構(gòu)膠—碳纖維復(fù)合材料老化性研究

李雪嬌　孫墨瓏　趙朋遠

摘 要：利用力學(xué)計算方法和理論對聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)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(jié)合加速老化試驗的結(jié)果對聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料的老化性能進行了簡單的分析。結(jié)果表明：聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料經(jīng)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(shè)計要求；且實際使用聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)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(guān)鍵詞：聚氨酯；碳纖維；老化；壽命

引言

聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料是專門針對處于海洋環(huán)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(yōu)異等特點。聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)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(yōu)于目前常用的傳統(tǒng)密封填料[1]。

文章擬將力學(xué)計算方法和理論對聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料進行老化性壽命的計算，并對此復(fù)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(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)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(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料是用于海洋環(huán)境中的電纜密封，因此在人工加速試驗?zāi)Ｐ椭羞x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(nèi)有效工作區(qū)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(lián)劑的空白試件，1組為不加入偶聯(lián)劑的空白試件。

試件在溫度（20±2）℃，相對濕度（50±5）%的環(huán)境下固化后，分別測定加入偶聯(lián)劑的空白試件和不加入偶聯(lián)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(jié)果與討論

通過萬能力學(xué)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(shù)據(jù)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(shù)值計算得到老化時間τ[3]，即聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料的老化性壽命為55年。

3 結(jié)束語

在加速老化試驗條件下試件經(jīng)測試后，拉伸強度趨近于10MPa，老化壽命經(jīng)計算得出為55年，久于預(yù)期值50年；而實際使用聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)合材料時，所處的環(huán)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(jié)構(gòu)膠-碳纖維復(fù)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(shè)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(yīng)用于某些重點工程中，為今后的工程應(yīng)用起到預(yù)測和指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1]趙朋遠.電纜密封材料技術(shù)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(yè)大學(xué)工程力學(xué)系，2011.

[3]崔志博.橡膠密封材料油介質(zhì)老化特性及壽命評估方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)系，2012.

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