碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法

1.一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法，其特征在于，将长
50～200mm，宽5～50mm，厚0.1～10mm的碳纤维增强树脂基复合材料试件三个至十个，分别安装固定在夹具上；关闭湿热老化箱门，调节湿热老化箱内的温度和湿度，所述湿热老化箱内的温度和湿度试验周期为24小时，第一个6小时的温度为50℃、湿度为35～50％，第二个6小时的温度为200℃、湿度为60～75％，第三个6小时的温度为300℃、湿度为
80～95％，第四个6小时的温度为100℃、湿度为15～30％；温度和湿度达到设定值，打开紫外灯，所述湿热老化箱内的紫外灯照射试验周期为24小时，第一个6小时紫外灯的功率为80W，波长为220nm，第二个6小时紫外灯的功率为50W，波长为270nm，第三个6小时紫外灯的功率为30W，波长为320nm，第四个6小时紫外灯的功率为100W，波长为380nm；调节液压缸，所述湿热老化箱内的拉力、压力和应力试验周期为36小时，第一个6小时拉力为98N，第二个6小时拉力596N，第三个6小时调成为压力49N，第四个6小时压力900N，第五个6小时设置弯曲应力为9.8N，第六个6小时弯曲应力为296N，检测老化情况。

碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种多因素耦合加速老化实验方法，属于老化实验方法技术领域。\n背景技术\n[0002] 纤维增强树脂基复合材料是以树脂为基体，纤维为增强体，采用先进复合材料的成型加工方法制备而成的一系列高性能复合材料。具有比强度和比模量高、抗疲劳性好、断裂安全性好、减震能力强、高温性能好、可设计性强等优点，然而纤维增强树脂基复合材料与其他工程材料一样，都是在一定的环境条件下使用。常见的环境条件包括温度、湿度、应力等。一种环境条件或多种环境条件的作用均会导致复合材料的性能变化。这种性能的变化主要是受环境因素的影响，使基体、纤维或纤维/基体界面发生变化或破坏引起的。20世纪70年代中期开始，人们就认识到湿度和温度环境可能会引起复合材料强度的退化，在复合材料分级结构设计的选材、选型、验证中都必须考虑湿热环境对结构性能的影响。因而投入了大量人力、物力和财力对此开展了研究，而目前在这方面的研究还很欠缺。因此，开展复合材料在环境条件下老化行为的研究对于解决碳纤维树脂基复合材料发展过程中的基础理论问题具有积极的意义，并且对于合理、有效地使用复合材料也是很有必要的。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即碳纤维增强树脂基复合材料在温度、湿度、应力等方面的研究还很欠缺，进而提供一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法。\n[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：\n[0005] 一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法，步骤如下：\n[0006] 将长50～200mm，宽5～50mm，厚0.1～10mm的碳纤维增强树脂基复合材料试件三个至十个，分别安装固定在夹具上；关闭湿热老化箱门，调节湿热老化箱内的温度和湿度，所述湿热老化箱内的温度和湿度试验周期为24小时，第一个6小时的温度为50℃、湿度为35～50％，第二个6小时的温度为200℃、湿度为60～75％，第三个6小时的温度为\n300℃、湿度为80～95％，第四个6小时的温度为100℃、湿度为15～30％；温度和湿度达到设定值，打开紫外灯，所述湿热老化箱内的紫外灯照射试验周期为24小时，第一个6小时紫外灯的功率为80W，波长为220nm，第二个6小时紫外灯的功率为50W，波长为270nm，第三个6小时紫外灯的功率为30W，波长为320nm，第四个6小时紫外灯的功率为100W，波长为\n380nm；调节液压缸，所述湿热老化箱内的拉力、压力和应力试验周期为36小时，第一个6小时拉力为98N，第二个6小时拉力596N，第三个6小时调成为压力49N，第四个6小时压力\n900N，第五个6小时设置弯曲应力为9.8N，第六个6小时弯曲应力为296N，，检测老化情况。\n[0007] 由上述提供的技术方案可以看出，本发明的方法有利于揭示贮存环境影响下纤维复合材料失效机理及对贮存环境下和加速失效之间关系的研究。从而建立贮存环境中碳纤维复合材料失效机理模型和性能评价方法，为复合材料贮存性能评估和寿命预报，以及延寿设计提供理论依据。\n附图说明\n[0008] 图1为本发明一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法使用的装置结构示意图；\n[0009] 图2为第一微调套筒12与第一液压缸10的液压杆11和加压杆13的连接结构示意图(也是第二微调套筒21与拉杆16和第二液压缸20的液压杆19的连接结构示意图)；\n[0010] 图3是第一夹具15或第二夹具7的结构示意图；\n[0011] 图4是图3的A处放大图。\n[0012] 图中的附图标记14是试件。\n具体实施方式\n[0013] 下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。\n[0014] 本实施例所提供的一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法，步骤如下：\n[0015] 将长50～200mm，宽5～50mm，厚0.1～10mm的碳纤维增强树脂基复合材料材料试件三个至十个，分别安装固定在夹具上；关闭湿热老化箱门，调节湿热老化箱内的温度和湿度，温度范围：-50℃～300℃，湿度范围：5％～100％，温度和湿度达到设定值，打开紫外灯，紫外灯功率为1～100W，波长为220～400nm，调节液压缸，拉力范围：1N-980N，压力范围：1N-980N，弯曲应力范围：1N-490N，取样周期：1天～180天，检测老化情况。\n[0016] 所述湿热老化箱内的温度和湿度试验周期为24小时，第一个6小时的温度为\n50℃、湿度为35～50％，第二个6小时的温度为200℃、湿度为60～75％，第三个6小时的温度为300℃、湿度为80～95％，第四个6小时的温度为100℃、湿度为15～30％。每24小时循环一次。间隔20天取一个试样，检测老化情况。\n[0017] 所述湿热老化箱内的紫外灯照射试验周期为24小时，第一个6小时紫外灯的功率为80W，波长为220nm，第二个6小时紫外灯的功率为50W，波长为270nm，第三个6小时紫外灯的功率为30W，波长为320nm，第四个6小时紫外灯的功率为100W，波长为380nm。每24小时循环一次。间隔30天取一个试样，检测老化情况。\n[0018] 所述湿热老化箱内的拉力、压力和应力试验周期为36小时，第一个6小时拉力为\n98N，第二个6小时拉力596N，第三个6小时调成为压力49N，第四个6小时压力900N，第五个6小时设置弯曲应力为9.8N，第六个6小时弯曲应力为296N。每36小时循环一次。间隔30天取一个试样，检测老化情况。\n[0019] 所述湿热老化箱内的温度和湿度试验周期为48小时，第一个12小时的温度为-30℃、湿度为10～20％，第二个12小时的温度为100℃、湿度为30～50％，第三个12小时的温度为200℃、湿度为60～70％，第四个12小时的温度为300℃、湿度为80～90％。\n每48小时循环一次。间隔25天取一个试样，检测老化情况。\n[0020] 所述湿热老化箱内的紫外灯照射试验周期为36小时，第一个9小时紫外灯的功率为10W，波长为400nm，第二个9小时紫外灯的功率为40W，波长为350nm，第三个9小时紫外灯的功率为70W，波长为290nm，第四个9小时紫外灯的功率为100W，波长为230nm。每36小时循环一次。间隔40天取一个试样，检测老化情况。\n[0021] 所述湿热老化箱内的拉力、压力和应力试验周期为48小时，第一个8小时拉力为\n120N，第二个8小时拉力750N，第三个8小时调成为压力210N，第四个8小时压力620N，第五个8小时设置弯曲应力为6N，第六个8小时弯曲应力为370N。每48小时循环一次。间隔60天取一个试样，检测老化情况。\n[0022] 所述试样形状：矩形试样或哑铃型试样。\n[0023] 一种碳纤维增强树脂基复合材料多因素耦合加速老化实验方法使用的装置(如图1和图2所示)，包括：湿热老化箱1、第一滚动支架2、紫外灯3、第二滚动支架4、滑轨5、拉力压力传感器6、第二夹具7、上部支架8、第一微调手柄9、第一液压缸10、第一微调套筒\n12、加压杆13、第一夹具15，拉杆16、侧面支架17、第二微调手柄18、第二液压缸20和第二微调套筒21，所述滑轨5固定在湿热老化箱1内的底部，第一滚动支架2和第二滚动支架\n4设置在湿热老化箱1内的滑轨5上，第一夹具15固定在第一滚动支架2的上端，第二夹具7固定在第二滚动支架4的上端，第一夹具15和第二夹具7相互对应，拉力压力传感器\n6固定在湿热老化箱1的内壁上，第二夹具7的后端与拉力压力传感器6相连接，上部支架\n8的下端固定在湿热老化箱1上部的外壁上，上部支架8的上端固定有第一液压缸10，第一微调套筒12的上端与第一液压缸10的液压杆11螺纹连接，第一微调套筒12的下端与加压杆13的上端螺纹连接，第一微调套筒12两端的内螺纹互为相反，侧面支架17的一端固定在湿热老化箱1侧面的外壁上，侧面支架17的另一端固定有第二液压缸20，第二微调套筒21的一端与第二液压缸20的液压杆19螺纹连接，第二微调套筒21的另一端与拉杆16的一端螺纹连接，第二微调套筒21两端的内螺纹互为相反，拉杆16的另一端与第一夹具15相连接，第一微调套筒12的外表面上固定有第一微调手柄9，第二微调套筒21的外表面上固定有第二微调手柄18，紫外灯3固定在湿热老化箱1内。\n[0024] 如图3和图4所示，所述的第一夹具15或第二夹具7包括外壳30、内六角螺栓31、压盖32、滑道33、上齿连接件34、上齿35、下齿36、下齿连接件37和弹簧圈38，滑道33固定在外壳30内的顶部，上齿连接件34设置在滑道33内，内六角螺栓31与外壳30的上壁螺纹连接，内六角螺栓31的下端卡有弹簧圈38，内六角螺栓31的下端连同弹簧圈38设置在上齿连接件34上部的凹槽39内，凹槽39的上部设有压盖32，上齿连接件34的下端固定有上齿35，下齿连接件37固定在外壳30内的底部，下齿连接件37上固定有下齿36，上齿\n35和下齿36上下对应。\n[0025] 所述的第一夹具15和第二夹具7的外壳30内分别设有十个上齿35和下齿36，可以同时进行十个或十个以内试样的老化试验。\n[0026] 所述的湿热老化箱1内设置的温度范围在-50～300℃之间，湿度范围在0～\n100％之间。\n[0027] 所述紫外灯3的功率范围在1～100W，紫外灯的波长范围在220～400nm。\n[0028] 所述拉力压力传感器6的精度为1/1000。\n[0029] 所述的试件14可以是单层板、层合板等复合材料。\n[0030] 所述的第一夹具15和第二夹具7的下端连接有第一滚动支架2和第二滚动支架\n4，在给试件施加压缩、拉伸应力时可以在滑道上滑行，从而避免第一夹具15和第二夹具7在受力时发生扭曲而导致受力不均。\n[0031] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。