复合材料测试技术

8.4老化
复合材料在长期使用中会发生老化现象，其颜色变 黄，且材料发脆以至龟裂,表面失去光泽，物理化 学性能也随之下降。影响老化的因素很多，而且是 交叉作用，机理非常复杂，其主要影响因素有光、 氧、臭氧的作用以及水解降解作用。以下着重分析 光的作用，并提出防老化措施。
光老化的原因来自两方面
一方面，光的能量使树脂共价键发生断裂，从 而破坏材料的结构；
试样擦净后，在70℃下干燥4h后放入干燥器内 冷却，或在1050C下干燥1h后放入干燥器内冷却。
将合格试样编号后测量尺寸浸入蒸馏水中。试 样相互间及与容器壁均不接触，24h后取出， 用滤纸吸干表面水分后立即称量G1，整个过程 需在1min内完成。试样再在与预处理相同的条 件下干燥后称量得G2 。
吸水质量
让调节好的气体流动30s,以清洗燃烧筒，然后用点 火器点燃试样顶端。确认试样顶部全部着火后，立 即开始计时。
当试样燃烧时间超过3min或火焰前沿超过标线时， 就降低氧气浓度，再取新样试验；相反则提高氧气 浓度，再取新样试验。如此反复直到两者浓度差 ≤0.5%时，即可按前者计算氧指数。
〔 O2 〕 OI = --------------- × 100%.
阻燃机理： • OH+HCl → H2O + Cl • Cl • + R-H → HCl + R •
为了衡量制品的耐燃烧性，我们必须对其进行 测试。测试方法有间接火焰法，直接火焰法以 及氧指数法等。通常采用氧指数法。
氧指数是指在规定条件下，试样在 氧氮混合气流中，维持平稳燃烧所 需的最低氧气浓度，以氧所占的体 积百分数的数值表示。
为了防止光老化，一般可以向树脂中添加紫外光 吸收剂，也称光稳定剂。这种紫外光吸收剂，对 紫外光有强烈的吸收作用，吸收光能之后，使之 转变为无害于树脂结构的次级能量，如次级辐射 能、振动能等。
大多数紫外光吸收剂的分子中都含有苯，在 苯间有羰基，在羰基邻位上还有羟基。我们以2 羟基—二苯酮为例，叙述一下其吸收紫外光的机 理。
〔O2〕+ 〔N2〕
8.2吸水性
复合材料吸水后的含水量对其各方面的性能都有 较大的影响。如绝缘性、力学方面等。通过对复 合材料吸水性的测定，我们可以了解水份对上述 性能的影响。从而为生产和使用复合材料提供参 考依据。
试样
尺寸:（50±1）mm×(50±1)mm×原厚 试样表面应平整光滑无缺陷。
W=G1-G2
单位面积吸水量 WS=(G1-G2)/S
吸水率
W=（G1-G2)/G2 ×100%
8.3耐化学腐蚀性
复合材料的耐化学腐蚀性是指其在酸、碱、盐以及 有机溶剂等化学介质中的长期工作性能。在生产中， 用间苯二甲酸取代邻苯二甲酸生Fra Baidu bibliotek树脂是最简单的 合成耐化学树脂的方法。这种酸比邻苯二甲酸有更 好的对称性，使树脂在介质中更稳定。我们通过各 种方法改善了材料的耐化学性能，制出的产品其耐 化学性到底如何，我们必须通过实验才知道。
通常通过定期静态浸泡试样，观察实验介质外 观、测定试样外观、巴氏硬度及弯曲强度等来 评定玻璃钢的耐腐蚀性。
试样
表面应平整、均匀、有光泽、目测无气泡和露丝、 尺 寸 为 130mm×130mm× （ 3.2±0.2 ） mm或80mm×15mm×（3.2±0.2）mm， 切割面需用相同的树脂封边。
试样
(70—150)mm ×(30±0.5) mm × (6.5±0.5)mm，每组5—10个，表面平整光 滑，无气泡，毛刺等缺陷。
在距点火端50mm处划一直线，然后将试样垂 直装在试样夹上。试样上端距筒顶距离不小于 100mm.
根据经验估计开始试验时的氧气浓度，对于在空 气中迅速燃烧的估计为18%以下；对于在空气中 不着火的估计为25%以上。调节流量阀门使流入 燃烧筒的氧氮混合气体达到需要的浓度，并保证 燃烧筒中气体流动速率为4±1cm/s。
通用的阻燃方法是向树脂中引入不燃性元素，使 树脂在高温下分解出阻燃性挥发气体，阻止气相 燃烧过程。用四氯或四溴邻苯二甲酸酐取代邻苯 二甲酸酐合成聚脂是取得一定阻燃性能的最简单 的方法。
火焰燃烧区的反应: R• + •OH → CO + CO2 + H2O
CO + •OH → CO2 + H • H • + O2→ • OH + O •
介质按要求配制。 温度为常温、80℃或其他规定温度。 期龄： 常温为1、15、30、90、180、360天。 加温为1、3、7、14、21、28天。
将试样浸在介质中，试样之间以及试样与器壁间 不得接触。试样介质应定期更换，试样中如发现 试样分层，起泡等破坏现象，应终止实验并记录 终止时间。
将达到期龄的试样取出，测试各项性能，并与实 验前的性能相比较。
（1）羟基上的氢和邻位上羰基上的氧，通过氢键 形成六元螯合环。 （2）吸收紫外光后，光能将螯合环打开，开环需
要消耗能量。氢键越稳定，吸收能量越强。
（3）螯合环重新关闭，将能量以其他方式释放。
材料通过各种途径制备出来以后，必须测试其耐 老化性能，以评估其使用期和贮存期。老化实验 方法分为两类：一类是自然老化实验方法，包括 大气暴露，加速大气暴露，仓库贮存实验方法； 另一类是人工老化实验方法。
第八章 复合材料稳定性测试技术
8.1耐燃烧性 8.2吸水性 8.3耐化学腐蚀性 8.4老化
8.1耐燃烧性
高分子聚合物是可燃的。随着以高分子聚合物为 基体的复合材料在工农业生产及日常生活中的应 用，着火的机会也在增加。据统计，火灾的死伤 人数仅次于车祸。因此，为了保证生命财产的安 全，有必要采取一些方法改善和提高复合材料的 耐燃烧性。
另一方面，材料本身的不纯性，造成了受破坏 的突破口,结果加速了材料降解。
太阳光中含有不同波长的光。不同波长的光有不 同的能量，当一定波长的光，其能量超过某种共 价键的键能时，就会使之断裂。紫外光足以打断 很多共价键，尤其是对树脂中的O—O 、 C—Br 、 C—Cl 、 C—O键的危害大。
树脂本身的纯洁度是耐光老化的另一重要因素，纯 度 高 的 树 脂 不 会 吸 收 大 于 3000 埃 的 光 （ 紫 外 光 3000-4000埃），因而不易被破坏，而实际上树脂 中都含有杂质，杂质吸收紫外光后即行氧化，形成 羰基，羰基吸收紫外光，并将光能传递到整个分子 键 ，使薄弱的点上发生降解。