王國建，孫耀寧，蔣萬樂，張丹丹，楊杰

摘  要：對玻璃纖維增強環(huán)氧乙烯基酯樹脂基復合材料在溫濕環(huán)境下進行了人工紫外加速老化實驗，并進行了拉伸、彎曲等試驗，分析了試件紫外老化后的質(zhì)量損失率、巴氏硬度、彎曲破壞形態(tài)以及力學性能的演變規(guī)律，并利用SEM 觀察了試樣表面老化前后的形貌變化．研究表明：紫外線照射后試樣的表面泛黃，且隨照射時間的延長顏色不斷加深；試樣拉伸和彎曲性能以及巴氏硬度在紫外老化前期有所上升，160h 后開始下降；質(zhì)量損失率隨著紫外光照射時間的延長而逐漸增大；紫外老化后試件的彎曲破壞過程與未老化試件一致；隨著老化周期的增加，孔隙量和韌性發(fā)白光帶數(shù)量增加，呈現(xiàn)出明顯的片層狀海浪花樣．

關鍵詞：纖維增強復合材料；紫外老化；拉伸性能；彎曲性能；巴氏硬度；SEM

玻璃纖維增強樹脂基復合材料是指以玻璃纖維為增強材料，與樹脂基體通過適當?shù)脑鰪娂夹g和成型工藝制備而成的復合材料，其具有優(yōu)越的力學性能；纖維增強復合材料（ＦＲＰ）具有輕質(zhì)高強、耐酸堿腐蝕以及可設計性強等優(yōu)點，已廣泛應用于航空航天、土木工程、風機葉片等領域。

玻璃纖維增強樹脂基復合材料構件在工程服役中不可避免地會受到光、溫度、氧和降雨等老化以及介質(zhì)的腐蝕作用，這會導致復合材料宏觀力學性能的退化；紫外線對樹脂材料的老化作用是一個逐步深入的過程，并沿著材料的厚度方向進行．在紫外線照射下，樹脂基體結構上的不均一性導致光化學反應局部集中進行，造成超分子結構和取向的變化，從而進一步加劇材料的不均一性，最終導致復合材料中纖維同樹脂間結合能力的下降．Ｂｌｉａｎ對紫外輻射對層合板復合材料的影響作了分析，研究表明，層合板呈現(xiàn)非脆性斷裂失效形態(tài)，紫外線無法穿透層合板，且拉伸強度隨輻照周期增加而降低．喬琨等對碳纖維／環(huán)氧樹脂（ＣＦ／ＥＰ）復合材料完成紫外光老化試驗，對各種輻照周期下的樣品進行動態(tài)熱機械測試，研究表明，紫外輻射導致復合材料的玻璃態(tài)轉變溫度提高，老化初期增長率較高，在中后期變化較為平緩．王榮華等對光老化后玻纖／尼龍６６復合材料進行了傅里葉紅外光譜檢測，結果表明，光加速老化試驗中樹脂基體的自由基產(chǎn)生光氧化效應，導致分子長鏈的斷裂，造成了材料表面的粉化和纖維的剝離等老化現(xiàn)象．

目前針對紫外線老化的研究尚不夠系統(tǒng)，纖維增強復合材料的光老化機理尚不明確，沒有考慮光、溫度、降水多種因素的綜合作用，且試驗基體材料多為不飽和聚酯樹脂．為此，本文將采用紫外加速老化試驗，且綜合考慮光、溫度、降水多種因素的綜合作用，對玻纖／環(huán)氧乙烯基酯樹脂（ＧＦ／ＥＶＥ）進行紫外老化試驗，分析不同時間紫外老化前后試樣拉伸強度、拉伸彈性模量和彎曲強度、彎曲彈性模量以及巴氏硬度演變規(guī)律、質(zhì)量以及表觀形態(tài)的變化．

１實驗材料與老化方法

     1.1實驗材料與設備

玻璃纖維預浸帶取自南京玻璃鋼研究設計院，預浸帶主要由Ｅ型玻璃纖維２Ｄ編織而成，鋪層方式為［（０，９０）／（±４５）］；環(huán)氧乙烯基酯樹脂（ＥＶＥ）牌號５５００和固化劑Ｓ８６６、稀釋劑來自亞什蘭特種化學品有限公司；采用真空袋壓成型工藝，纖維體積分數(shù)６０％．

紫外加速老化試驗箱；拉、彎測試力學試驗機；巴氏硬度計；掃描電鏡。

      1.2紫外老化方案

紫外老化試驗分為自然老化試驗和實驗室加速老化試驗，由于自然老化試驗時間長且影響因素復雜，故采用紫外加速老化試驗箱進行加速老化實驗；針對樹脂分子化學鍵能和對不同波長紫外線吸收的特點，本實驗采用能量較高的短波紫外光照射．

老化光源為３根UVA-340 紫外燈，并定期更換紫外燈管以確保紫外光強度維持在0，85W/m²；老化時間為0～1440ｈ，分別在0、160、320、640、960、1440 h照射后取出試樣進行相應的測試．

２老化后試件性能測試方法（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

2.1 力學性能測試（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

2.2 巴氏硬度的測量（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

３結果與分析（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

3.1 表觀形態(tài)（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

3.2 力學性能測試（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

3.3 巴氏硬度（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

3.4 質(zhì)量損失率分析（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

3.5 SEM形貌觀察（如需了解詳細內(nèi)容，請聯(lián)系）

４結  論

１）在紫外光、噴淋和溫度３種因素共同作用下，紫外老化后試樣表面泛黃，本身發(fā)色基團吸收紫外光輻射能量引起電子形成激發(fā)態(tài)，并與空氣中的Ｏ^２發(fā)生光氧化反應，產(chǎn)生新的發(fā)色基團，且隨老化周期的增加，顏色不斷加深，并出現(xiàn)龜裂及翹曲變形。

２）復合材料的拉伸性能和彎曲性能、巴氏硬度隨著照射時間的增加先增大后減小，最后低于未老化前材料的性能。

３）質(zhì)量損失率隨著老化周期逐漸增大，是由于樹脂基體的光氧化與水解反應，樹脂基體大分子間交聯(lián)網(wǎng)絡斷裂成的小分子碎片發(fā)生光氧化反應，且少量未交聯(lián)的酯鍵發(fā)生水解反應，導致試件的老化降解；在紫外光輻射與噴淋兩種環(huán)境因素共同作用下，樹脂基體的光氧化與水解反應是導致材料失重的主要原因。

４）SEM 圖像表明，隨著老化周期的增加，聚合物的光氧化和吸濕蠕變效應導致復合材料表面孔隙率和韌性發(fā)白條帶數(shù)量增加，微觀形貌呈現(xiàn)明顯的片層狀的海浪花樣。

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