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(jié)構(gòu)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(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,滿足設計要求;且實際使用聚氨酯結(jié)構(gòu)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(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]。
文章擬將力學計算方法和理論對聚氨酯結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)膠-碳纖維復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(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,久于預期值50年;而實際使用聚氨酯結(jié)構(gòu)膠-碳纖維復合材料時,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(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)大學工程力學系,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。