碳纤维复合材料的耐候性表现如何?

  碳纤维复合材料的耐候性,主要指碳纤维复合材料处在户外自然环境下,随时间延长而保持其原有性能的性质。阳光及其产生的光热效应是影响碳纤维复合材料耐候性的主要因素。阳光中的可见光和红外线容易被复合材料中的高聚物吸收,并在吸收部位转变为热能使该处温度升高,促进氧化作用,使复合材料发生热氧老化。

  测量耐候性的试验是将复合材料试样放置于户外自然环境中,使其受各种大气因素(阳光、高能辐射、工业废气、盐雾、机械摩擦、化学药品、微生物等)的综合作用,通过定期的外观检查和某些性能的测试来了解和比较复合材料的老化特征,从而考核和评价其耐候性。

  热不仅能引发和促进复合材料中高聚物基体的氧化过程,导致其交联或降解,还能促进高聚物发生水解、醇解和胺解等反应。另外,由于自然条件的日出日落,使得复合材料接受的阳光呈规律性的周期变化,从而造成温度交变和相应的膨胀与收缩,复合材料会在内应力作用下发生疲劳。

  户外的大气老化试验是评价复合材料实用性最适宜的方法,但由于户外暴露中气候因素差别很大,不同地区、季节或不同气候区的试验结果不能进行比较,且户外试验较耗费时间;因此,人工气候老化试验得到了广泛应用,即通过模拟光能、温度、降雨或凝露、湿度等几种气候因素进行强化加速老化试验,并在短时间内评价复合材料耐候性的方法。

  人工模拟了亚湿热气候区、寒温带、内陆以及沿海等不同区域环境进行气候测试,根据试验数据显示,碳纤维复合材料在不同环境下长期存放后,其弯曲强度保持率较高,碳纤维复合材料的耐候性较好。在亚湿热气候区及沿海地区的复合材料的老化程度比温带、内陆及寒温带要严重。

  研究人员还发现在环境对复合材料的老化作用中,阳光(尤其是紫外线)及其与氧气、潮湿的联合作用是最主要的。老化通常从复合材料的表面开始逐渐向内部扩展;因此,改善表面状态,在复合材料表层阻挡紫外线、氧气和潮湿的侵入,是改善复合材料耐候性的重要途径。

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