纤维增强塑料(高分子基)提供了许多优势传统结构材料。亚博网站下载他们有高强度和modulus-to-weight比率,疲劳和耐腐蚀,可裁制成衣的,需要低的维护。然而,由于长期的未知属性暴露在在职的组合载荷和环境,设计师仍然不愿意用高分子基主要承重结构。接触热的影响,水分,碳氢化合物,疲劳和静态加载等,更重要的是结合这些参数可以降低材料的刚度和强度。缺乏长期的数据为高分子基和加速老化的方法预测效果这样的退化可能对剩余结构的属性和未来生活的两个主要问题阻碍其广泛使用。 长期和加速老化理想情况下,复合材料及其结构,仅供长期亚博网站下载使用应实时测试和实际在职环境。通常这是不可行的,因为时间将大大延迟产品开发。然而,这些长期数据是无价的生成在韦斯特兰项目当前运行直升机。测试优惠券和主旋翼叶片部分自然年龄在热/湿网站在澳大利亚,在重读音节和非重读条件时期十年。进一步标本暴露在环境室45°C和85% rh。人暴露在热/干五年时间在澳大利亚。结构的疲劳强度和优惠券是10年湿自然暴露的影响。优惠券静态降解在矩阵最大的主要属性,尽管纤维玻璃纤维材料性能退化的主导更多的碳。亚博网站下载热/优惠券的干燥条件5年后未受影响。 这样一个长期的方法通常是不可行,和加速老化技术是必需的。在聚合物(热固性塑料,热塑性塑料或弹性体)自由空间之间存在分子链。这种自由空间允许的聚合物吸收液体接触,尤其是那些有类似的溶解度参数。这种吸收身体削弱了聚合物和聚合物也可以化学攻击。这些过程由扩散的动力学和化学动力学,两者都是由阿列纽斯关系对温度的影响。因此可以在更高的温度下进行,加速试验结果外推回到服务温度对寿命预测的目的。扩散特征可以通过测量液体质量吸收或气体渗透实验。化学动力学,经典涉及到反应物和生成物的浓度,可以利用这一事实对交联聚合物,交联的浓度大约是适当的模量或刚度。因此,测量弹性模量的变化从老化可以绘制对数线性时间(一阶反应)在每一个温度。老化等一系列的阴谋在不同温度、时间达到相同的程度的模量变化可以用来开发阿伦尼乌斯阴谋。 在有氧和无氧环境中热老化高马赫数飞机结构、飞机发动机、太空卫星和其他环境中,复合材料有望成为持久的高温。亚博网站下载碳双马来酰亚胺(IM7/5260)、聚亚醯胺(IM7 / K3B)和无定形的热塑性塑料(IM7/8320)可能被认为是下一代高速民用运输机身和机翼的结构。这些材料可能亚博网站下载暴露于该地区的温度在125°C和175°C,分别代表2.0马赫和2.4马赫飞行。减肥,玻璃化转变温度(Tg)和抗拉强度数据显示为±45和取得准各向同性复合材料暴露在这些温度达5000小时。显著减少属性,包括Tg和力量,只有2000小时后发生的双马来酰亚胺在175°C。有属性测试优惠券时年龄的差异,而不是板被年龄和测试优惠券减少老化后,图1。这种差异是因为氧化发生在老年人的边缘标本,伤害也曝露试验后启动。切口双马来酰亚胺复合材料显示广泛的矩阵在表面开裂,但极限抗拉强度没有明显的下降,因为0°加载方向的纤维有助于大部分的层压板的强度。
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图1。等温老化的碳/双马来酰亚胺±45层压制品。 |
在飞机发动机、复合材料可用于结构从外发动机舱核心轴承箱结构。不同的应用程序的范围会导致操作环境差异很大。民事引擎,如劳斯莱斯RB211组件生活需求可能在25年的顺序。评估编织碳双马来酰亚胺(T300/52502)推力具有高度,试样在空气循环烤箱230°C和250°C长达2000小时。减肥和老化的影响在弯曲和冲击性能测量、热分析和显微镜是用来研究化学和结构变化。组件制造碳/聚酰亚胺(PMR-15)骑在极端的温度较高部分-50°C和+ 350°C。的机械应力各向异性产生的热膨胀crossply分层导致微裂缝PMR-15退化。的损害发生的峰值温度而不是骑自行车。
在空间环境中,极端温度通常是-150°C + 120°C到30000年地球同步轨道周期,和-90°C + 90°C在低地球轨道。主要关心的是组件的尺寸稳定性等通信天线菜肴与有效零整体热膨胀系数。可以减少由此产生的微裂缝从热循环使用低治疗温度和新钢化环氧树脂和氰酸酯树脂。 老龄化在液体碳/环氧(T800/924C)钢化复合材料,最大含水量达到在单向标本约1.4%(按重量),达到在沸水的36天。Fickian水分吸收模式。多向层压制品,最大含水量达到70天。这种差异在扩散系数是一个函数的复合叠层顺序。同样,在碳/ PEEK (APC2)和双马来酰亚胺(5245 c),扩散率率是不同的对于不同的上篮和厚度等暴露在液体水,喷气燃料和其他航空液体。此外,扩散率率变化强化机械加载时,内部压力的变化。不同配置的热峰值5245 C材料的温度范围100 - 200°C增强吸湿造成矩阵的自由体积的增加温度飙升。 液体扩散也可以改变复合材料的强度和失效模式。的抗压强度饱和单向T800/924C干分层复合材料降低了50%。失效模式也从平面纤维microbuckling,图2,平面外microbuckling饱和的情况。
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图2。在压缩加载平面纤维microbuckling单向层压板。 |
物理测试物理测试等动态机械热分析(DMA)和差示扫描量热法(DSC)是敏感的变化两个编织碳的增塑韧性环氧树脂(t300/924c - 833和t300/914c - 833)。这些材料暴露亚博网站下载在各种组合的温度高达70°C长达90天的航天液体包括机油、液压、防冰和清洁液体。DMA结果表现出良好的相关性与高温层间剪切强度。碳和玻璃的损伤耐受性研究环氧(F913C和F913G)、分层后影响浸在水里。损伤区域的影响更为广泛和随后的压缩后冲击强度是低于无分层。 拉曼光谱可以用来监控肿胀在基质材料和确定扩散系数。亚博网站下载通过监测strain-sensitive拉曼峰的位置的乐队,纤维的轴向变形可能决定,用于定义局部的应力、应变状态的复合矩阵。介质的技术可以作为一种无损检测方法。频域可以提供数据的程度进水氢氧化成氧化物的结构和转换的接口。时域测量可以用来识别区域的入口在结构和涂层剥落。 改性树脂体系可提高复合材料的疏水性能。的合成halogen-substituted tetraglycidyl methylenedianiline (TGDDM)树脂可以减少TGDDM树脂的水吸收高达40%,而Tg显示相对较小的变化。 结论一般的结论对技术需求的长期接触复合材料可能如下。 老化的发生从表面向内,需要时间来完全穿透玻璃钢层压板。此外,流体扩散速率和随后的化学老化速率可以各向异性和依赖于外加应力的层压板。因此,重要的是要确定压力在老化ply-by-ply基础上修改。当地的变化矩阵属性在边缘,洞挖空和其他结构的几何特性应该模仿。 代表真正的服务历史的材料或结构是至关重要的,但这通常是昂贵的筛查的目的。一个简单但仍代表筛选过程应该建立。筛查和接触测试应该是矩阵的测试为主的测试将反映矩阵退化,同时仍然提供数据设计代码。这些测试可能包括横向弯曲或拉伸试验,层间、平面剪切试验和层间断裂测试包括双悬臂梁。 目前,没有一致的方法可用来加速老化的影响从热或水分接触。可以使用化学性质阿伦尼乌斯的阴谋。然而,这种方法不太深入研究机械性能的变化在高分子基,不得适用于实际的服务风险。明显的加速方法,占载荷谱,温度和液体接触是必需的。 老龄化的大部分工作是严格执行应用程序依赖或理想化,如应用等温条件或沉浸于单一液体。多还必须做增加的信心使用高分子基长期应用。为了解决上述技术需求,山鸟multi-sponsor计划启动,所有行业可能加入将检查所有因素实验和理论上在可能的情况下,开发软件工具的目的来确定临终为玻璃钢结构因素。 |