一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置及其試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置及其試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料是一種非均質(zhì)多相復(fù)合材料，其宏觀力學(xué)性能取決于細(xì)觀各組分(碳纖維增強(qiáng)相、環(huán)氧樹脂基體相、界面層)的材料特性和相互作用，其中樹脂基體對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能的影響尤為明顯。根據(jù)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料在海洋工程中的使用環(huán)境，國內(nèi)外對海洋環(huán)境中其結(jié)構(gòu)性能變化的研究主要分為海面濕熱環(huán)境和海水浸泡環(huán)境兩類，對應(yīng)的試件環(huán)境為濕熱蒸汽環(huán)境和海水浸泡環(huán)境。濕熱環(huán)境試驗通常采用置于飽和水蒸汽環(huán)境中一定時間的典型試件，進(jìn)而利用力學(xué)萬能試驗機(jī)獲得其拉伸、壓縮、彎曲、剪切等相關(guān)參數(shù)；海水浸泡環(huán)境試驗則采用浸泡于海水中一定周期的典型試件，進(jìn)而利用力學(xué)萬能試驗機(jī)獲得其拉伸、壓縮、彎曲、剪切等相關(guān)參數(shù)。
[0003]目前常見的海水浸泡試驗多集中于室溫下試樣的海水浸泡性能研究，并且試樣多采用玻璃纖維增強(qiáng)聚酯基復(fù)合材料，對于碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料浸泡于標(biāo)準(zhǔn)人工海水中的性能衰減試驗尤其是加速試驗的研究涉獵更少。在已有的海水浸泡試驗研究中，又多關(guān)注浸泡于室溫海水中玻璃纖維增強(qiáng)聚酯基復(fù)合材料的研究，缺乏浸泡于海水中碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的研究。因此無法為應(yīng)用于海水環(huán)境中碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料提供一套合理、實用的壽命預(yù)測模型，也無法為從細(xì)觀層次探索碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料在海水環(huán)境中力學(xué)性能、破壞機(jī)理提供可靠的試驗支持。此外，由于海水浸泡試驗的復(fù)雜性以及對試件、試驗裝置的高要求，目前對碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗研究方法還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究一種準(zhǔn)確、高效測定碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料在室溫標(biāo)準(zhǔn)人工海水等效浸泡周期的加速試驗裝置和方法，對于全面探索海水浸泡條件下碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的失效機(jī)理，實現(xiàn)其細(xì)觀數(shù)值仿真，制定其壽命評估方法具有十分重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服目前現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種快速簡便的浸泡試驗裝置及其試驗方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置，包括水槽和設(shè)置于水槽內(nèi)的電加熱器，水槽上設(shè)置有水槽密封蓋，水槽內(nèi)底部設(shè)置有支撐電加熱器的支架，水槽內(nèi)頂部設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器頂部通過導(dǎo)線與設(shè)置在水槽外的電加熱控制器連接，電加熱控制器與電加熱器連接。
[0006]進(jìn)一步的,水槽和水槽密封蓋均為方形,且水槽和水槽密封蓋的內(nèi)側(cè)壁均涂覆有不溶于水的保護(hù)薄膜。
[0007]優(yōu)選的，電加熱器為雙L型結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選的，支架為雙“人”字型結(jié)構(gòu)，且其寬度與電加熱器的寬度相等。
[0009]優(yōu)選的，水槽和水槽密封蓋均設(shè)置有保溫層，保溫層為聚乙烯泡沫。
[0010]本發(fā)明還提供了一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗方法，該方法包括以下步驟:
[0011]601:制作試件；
[0012]602:浸泡:在室溫環(huán)境25°C時，將按照DB44 / T475-2008標(biāo)準(zhǔn)配比的人工海水注入水槽內(nèi)，然后將試件整齊規(guī)整地排列于水槽底部，無密封膠的一側(cè)朝上，最后蓋上密封蓋，并記錄浸泡時間；
[0013]603:將電加熱器置于標(biāo)準(zhǔn)人工海水中，通過調(diào)整其功率，可實現(xiàn)試件在不同溫度下不同的海水浸泡時間，同時電加熱控制器將根據(jù)置于水槽中的溫度傳感器采集的信息實時調(diào)整電加熱器的功率。
[0014]進(jìn)一步的，步驟601中，所述制作試件包括以下步驟:
[0015]701:試件以碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料為原料，按照復(fù)合材料疊層板的制備方法制備所需復(fù)合材料層壓板，并采用金剛石鋸片以復(fù)合材料層壓板標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能試驗試件的尺寸裁出；
[0016]702:密封處理:采用不溶于水的密封膠，通過涂覆方法對試件進(jìn)行密封處理，除試件表面積最大的兩個面之一外，其余各面均包裹一層均勻的密封膠；
[0017]703:烘干:將試件置于熱烘箱內(nèi)以高于其環(huán)氧樹脂基體玻璃化轉(zhuǎn)變溫度10%的溫度進(jìn)行烘干操作2小時，即完成試件的制作。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明可準(zhǔn)確、高效模擬碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料在不同海水環(huán)境中的等效浸泡時間，對于探索海水浸泡條件下碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的失效機(jī)理，實現(xiàn)其細(xì)觀數(shù)值仿真，制定其壽命評估方法具有十分重要的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0019]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]圖1是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置的水槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置的水槽密封蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置的電加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置的支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗方法中等效海水浸泡時間的曲線圖。
[0026]圖中:
[0027]1、水槽；2、水槽密封蓋；3、保溫層；4、溫度傳感器；5、電加熱器；6、支架；7、電加熱控制器；8、導(dǎo)線。
【具體實施方式】
[0028]如圖1-5所示，本發(fā)明實施例所述的一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡試驗裝置，包括水槽I和設(shè)置于水槽內(nèi)的電加熱器5，水槽上設(shè)置有水槽密封蓋2，水槽內(nèi)底部設(shè)置有支撐電加熱器的支架6，水槽內(nèi)頂部設(shè)有溫度傳感器4，溫度傳感器頂部通過導(dǎo)線8與設(shè)置在水槽外的電加熱控制器7連接，電加熱控制器與電加熱器連接。
[0029]本技術(shù)方案中，當(dāng)對碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)人工海水浸泡加速試驗時，將與電加熱控制器相聯(lián)的電加熱器、溫度傳感器置于人工海水中，并用水槽密封蓋進(jìn)行密封。電加熱控制器內(nèi)微電腦將通過溫度傳感器所采集的信息實時調(diào)整電加熱器的加熱功率，以維持玻璃鋼水槽內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)人工海水在所設(shè)定的溫度恒溫。
[0030]溫度傳感器為k型熱電耦溫度傳感器，并與金屬導(dǎo)線相聯(lián)并置于水槽內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)人工海水中。電加熱控制器為微電腦控制型，通過金屬導(dǎo)線分別與220v居民電源、溫度傳感器、電加熱器相聯(lián)，通過設(shè)定操作面板上的溫度實現(xiàn)平底玻璃鋼水槽內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)人工海水的加熱及保溫控制。電加熱控制器上的溫度設(shè)定根據(jù)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料海水浸泡的等效溫度-時間曲線，從而獲得所需的室溫標(biāo)準(zhǔn)人工海水浸泡等效時間。
[0031]進(jìn)一步的,水槽和水槽密封蓋均為方形,且水槽和水槽密封蓋的內(nèi)側(cè)壁均涂覆有不溶于水的保護(hù)薄膜。本技術(shù)方案中，水槽和水槽密封蓋均為玻璃鋼制品且密封蓋板的尺寸與平底水槽的尺寸相適應(yīng)，內(nèi)側(cè)涂覆不溶于水的樹脂保護(hù)薄膜，其中密封蓋板上開有用于穿過金屬導(dǎo)線的小孔。當(dāng)導(dǎo)線通過之后用密封膠進(jìn)行密封。
[0032]優(yōu)選的，電加熱器為雙L型結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，支架為雙“人”