CFRP板材的拉挤制备工艺及其耐湿热性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUANQING5201314
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碳纤维增强高聚物(CFRP)复合材料作为一种新型土木工程结构材料,具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,近年来已广泛应用于土木工程结构的加固升级,增强混凝土桥面、高等级公路等基础设施。本文利用拉挤工艺,制备了结构加固用高性能环氧树脂基CFRP板材,运用Taguchi方法,研究了拉挤工艺参数对CFRP板材力学性能的影响,获得了最优化的拉挤工艺参数;在此基础上,进一步研究了CFRP板材在水和强碱环境下长期性能演化规律与机理。利用Taguchi方法,分析了多个拉挤工艺参数对CFRP板材力学性能的定量影响。结果表明,环氧树脂种类、纤维含量对CFRP板材力学性能的影响最大,特别是其对CFRP板材拉伸强度影响的贡献率分别可达到36.7%、40.5%,其次是牵引速率、模具温度、后固化温度和纤维张力,胶槽温度的影响可忽略不计。利用最优化的拉挤工艺参数,制备了拉伸强度达到2.5GPa,拉伸模量达到172.8GPa的CFRP板材,性能指标超过国外同类产品。测试了CFRP拉挤板材在水及强碱环境下的水吸收、抗弯及拉伸性能的长期演化规律。结果表明,CFRP板材在较低温度(如室温至40℃)下,树脂基体未明显降解,水吸收与扩散性能符合经典Fick定律,力学性能下降幅度小;而在较高温度(如60℃与80℃)下,树脂基体水解明显,表面碳纤维暴露,水吸收与扩散性能偏离经典Fick定律,力学性能显著退化。同水浸泡相比,CFRP板材在强碱环境下的降解更为明显。在较高温度下(特别是高温强碱环境下)的树脂基体水解是引起CFRP拉挤板材耐久性能下降的主要原因。根据Arrhenius模型,预测了CFRP拉挤板材在常温水及强碱环境下的力学性能退化规律,结果表明,本文制备的CFRP板材在常温水或强碱中浸泡200年后的拉伸强度剩余强度分别为83.3%和79.8%。
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