玻璃钢在海水环境下的弯曲性能研究
1 前 言
玻璃纤维/不饱和聚酯树脂基复合材料具有较高的性价比,越来越多的应用到许多工业领域。不饱和聚酯树脂的玻璃钢由于有较好的工艺性能,而且价格比环氧树脂低,因而在船舶工业中应用越来越广泛。在我国,玻璃钢渔船是重点发展玻璃钢船种之一,随着人们生活水平提高和玻璃钢工业的进一步发展,玻璃钢游艇将会是玻璃钢船种另一个发展重点。www.cnfrp.net玻璃钢船舶的应用环境使其不可避免地受到海水的侵蚀,因此,研究其在海水环境下的力学性能具有重要的实用价值。国内外对玻璃纤维/不饱和聚酯树脂基复合材料的海水浸泡弯曲性能研究见诸报道的文献不多。
2 实验部分
2.1 材料准备
树脂:韧性树脂,不饱和聚酯树脂 196s,促进剂为环烷酸钴,引发剂为过氧化甲已酮,天津合成材料 厂生产。
人工海水盐:天津市玉龙海水晶厂生产。 增强纤维:由天津玻璃纤维公司生产的无碱平纹玻璃布,其有关参数如表 1所示。

2.2 试样的制备
采用 VARI(vacuum assisted resin infusion)工艺进 行了玻璃纤维复合材料层合板的制作,尺寸为 30cm ×30cm。在真空状态下排除玻璃纤维布中的气体, 利用内外压力差促使树脂的流动渗透,实现对布的
浸渍,并在室温下固化成型,形成 0度铺层的两层玻璃纤维层合板。www.cnfrp.net将制成的层合板裁成测试规定的尺寸,长度方向沿玻璃布的经向。
2.3 实验方法
材料的海水浸泡实验参照我国的 GB2575―8标准(玻璃钢水浸试验方法)进行,室温下,将试样分四组浸泡在人工海水中,进行不同天数的处理(0、7、14、21天),每组有八个测试试样。配置的人工海水的盐度为 3.4%一3.5%(海水盐度),即一千克海水中含 34―35克盐分,pH值为 6.40。
2.4 弯曲性能测试
2.4.1 弯曲测试仪器
弯曲性能试验测试标准参考 GB3356/1982和GB1449―83。采用简支梁三点弯曲试验法,常温条件下测量,具体装置如图 1所示。

2.4.3 弯曲性能计算公式
试验过程中,试样在载荷作用下产生弯曲变形试样上任一点的挠度与试样和载荷的类型有关,弯曲形式如图 3所示 。

上图中,弯曲挠度的测量由直尺直接读出。 弯曲模量根据下列公式计算
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3 结果分析
3.1 实验结果
试样经人工海水浸泡不同天数后的弯曲模量变化情况如图4所示。

从图4中可以看出弯曲模量随浸泡时间的增加 直呈下降趋势,下降速率是有所不同的。 下面用 SPSS软件对不同浸泡天数下试样的弯www.cnfrp.net 模量进行单因素方差分析,分析结果如表3所示。


取显著水平a= 0.05,在 LSD方法中浸泡 7天和 14天后的弯曲模量都没有显著变化(概率P值分别为 0.11、0.O37),浸泡 21天后弯曲模量产生显著降低(概率 P值为 0.003),由此可见短时间浸泡不会导致材料弯曲性能的显著降低。
3.2 弯曲性能变化原因分析
海水和蒸馏水对复合材料性能的影响主要在于 吸湿速率和吸湿量的不同,进而对复合材料力学性能的影响存在一定差异,但水分子对材料的作用机理是相同www.cnfrp.net的。水分进入复合材料,可促使树脂基体溶胀,甚至使其中的酯健 一COOR一及 -cH2-0 -水解,大分子链断裂,还溶解某些可溶性助剂,破坏树脂结构;水还可侵蚀玻璃纤维,使其中的碱金属 氧化物溶解,扩展其表面裂纹,使纤维强度降低;水 作为一种极性溶剂对玻纤复合材料界面相的影响, 主要是对化学健的破坏和使其物理吸附强度的减 弱,致使界面出现发泡、脱胶,以致老化失效。 界面是纤维复合材料三要素(纤维、基体树脂、界面) 中主要的元素,纤维或基体的应力都会通过其间 的界面传递,形成整体的宏观力学行为。水分子的进入对上述三个要素都会产生破坏,但对纤维树脂界面的破坏,是引起材料力学性能下降的主要www.cnfrp.net原因。复合材料的弯曲性能不仅与纤维、基体及界面的性能有关,还与孔隙的相对含量以及测试条件(如加载速率、温度等)、试样的跨高比以及挠度等 有密切的关系,这里不做细叙。
与其他受力状态相比,复合材料在弯曲时的应 力状态相对复杂,既有拉应力、压应力 ,还有剪应力和局部挤压应力,正是由于弯曲时的应力状态比较复杂,从而能比较全面地反应材料的综合性能,材料内部结构的微小变化就能引起弯曲性能的下降。
4 结 论
通过实验及对数据的分析发现,材料浸泡在海 水中短时间内不会发生弯曲模量的显著性下降,浸泡21天后开始出现显著性下降。复合材料在受到www.cnfrp.net弯曲时的应力状态比较复杂,影响因素也相对较多,弯曲性能产生下降的主要原因是水分子对复合材料树脂 一基体界面的浸蚀。








































