玻璃纤维增强复合材料的寿命预测

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1、68工程塑料应用2011年，第39卷，第1期*玻璃纤维增强复合材料的寿命预测111121李晖张录平孙岩刘亚平王树伦章玉斋(1．中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031;2．南京军代局驻济南地区代表室，济南250031)摘要运用双因素方差分析法对试验数据进行分析，选取能够敏感反映玻璃纤维(GF)增强复合材料在老化过程中性能变化的指标———弯曲强度作为预测寿命的性能指标。提出了环境综合因子的概念，并利用实验室人工加速老化试验数据分析确定环境综合因子中各因素(温度、湿度、光照强度)的比例系数。基于二元统计分析方法，建立GF增强复合材料在老化过程中弯曲强度与老化时间、环境综合

2、因子之间的二元一次方程，通过计算可得方程的形式为y=684．13－4．071t－0．025w，利用F检验法对回归方程和回归系数的显著性进行检验，检验结果表明，在α=0．01水平下，方程的回归效果和回归系数均为显著。利用6个地区3a试样的试验数据对方程进行验证，结果预测值和实测值很好地吻合，说明用此回归方程预测GF增强复合材料的寿命在一定条件下是可靠的。关键词玻璃纤维增强复合材料寿命预测环境综合因子自从聚合物基复合材料在航空、航天、车辆、船1试验部分舶等行业中广泛应用以来，科研人员就开始关注复1．1原材料合材料的自然老化寿命问题。经过几十年的研究发GF增强复合材料:中国兵器工

3、业集团第五三研现，聚合物基复合材料的自然老化是一个非常复杂究所。的问题，原因是聚合物基复合材料与金属材料相比，1．2主要仪器、设备其本身的物理、力学性能存在较大的分散性，这种分氙灯光老化试验箱:Ci65/DMCA型，美国Atlas散性受原材料(树脂体系、增强纤维等)的分散性、ElectricDevices公司;复合材料的固化成型工艺及后处理工艺、树脂在增热老化试验箱:401B型，上海试验仪器总厂;强纤维中的流动行为、气泡、空隙等诸多因素的影湿热老化箱:SH050A型，重庆银河试验仪器有响［1］。限公司;纤维增强复合材料作为一种聚合物基复合材万能电子试验机:RGT－10A型，

4、深圳市瑞格尔仪器有限公司。料，因其自然老化性能分散性大，导致在老化试验过1．3试验方法及条件程中需要用大量的试样，试验费用非常高，在项目研选用自然老化和人工加速老化两种试验方法。究中难以承受。因此在实际工程应用中，需要在自其中人工加速老化试验方法有热空气加速老化、光然老化数据少、老化周期短的情况下对复合材料寿加速老化、湿热老化等方法。命进行预测。国内外很多科研工作者对聚合物基复热空气加速老化试验按GB/T7141－1992进合材料的自然老化寿命预测做了很多工作。俄罗斯行，试验温度为80℃;全俄航空研究院Γ．M．古尼耶夫等提出了中值老化光加速老化试验按GB/T164222．2

5、－1999进寿命和剩余强度之间的关系公式，工程应用表明，该2行，辐照强度为0．50W/m，波长为340nm;降雨周公式能较好地描述聚合物基复合材料的自然老化规［2］期为18min/120min;黑板温度为65℃;相对湿度为律。预测材料的使用寿命可以为材料在工程应50%;用上提供参考依据，减少因材料老化而造成的巨大湿热老化试验按GB/T2574－1989进行，试验损失与事故。温度为60℃;相对湿度为95%;笔者主要通过对玻璃纤维(GF)增强复合材料自然老化试验主要是采用大气暴露试验方式。的不同地区的自然大气暴露试验和实验室人工加速选取西双版纳、万宁、拉萨、漠河、济南、厦门等6

6、个老化(热空气加速老化、光加速老化、湿热老化)试地区进行试验。自然老化试验按GB/T2573－1989验的数据进行统计分析，建立材料性能与老化时间和环境综合因子之间的方程，通过方程对GF增强*国防环境试验与观测重点项目(H092006A004)复合材料的使用寿命进行预测。收稿日期:2010-11-02李晖，等:玻璃纤维增强复合材料的寿命预测69进行，采用朝南45°暴露角。6个试验地区的环境气表3弯曲强度试验结果MPa候基本情况见表1。时间/月西双版纳万宁厦门拉萨漠河济南0609609609609609609表16个试验地区的气候基本情况0．56906156916436436

7、36试验站项目1603616676616681645万宁漠河拉萨厦门西双版纳济南2552641700606671652海南省黑龙江省西藏福建省云南省山东省3668619584621626687地点万宁市漠河县达孜县厦门市景洪市济南市6629624561592645573气候湿热海洋寒冷内陆高原气候亚热带海亚热带温带9645606616609645628类型性气候气候洋性气候雨林气候气候12589620597627670560海拔/m12．3613．03658．0626．651．6185534416185455995