[發明專利]濕、熱、力多場耦合下的老化測試方法及裝置

無效

• 申請號: 200810203977.8
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101435811A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 胡宏玖;謝蘇江;陳國華;湯傲潔;周沙溆;賀耀龍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N17/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種濕、熱、力多場耦合下的老化實驗方法及其裝置，主要用于模擬在役 環境中聚合物及其復合材料的老化性能測試，屬材料力學試驗機領域。

背景技術

高分子聚合物及其復合材料于濕熱環境中承載服役時，材料性能將逐漸下降，部分或全 部喪失其使用價值而發生老化。濕、熱、力耦合老化的機制主要為：①源于環境溫度的變化 及樹脂基體、增強纖維以及樹脂、纖維粘接界面不同破壞程度的熱應力損傷；②水分子的擴 散運動對材料的影響為物理吸附與化學鍵的削弱甚至破壞。由于水能使基體溶脹塑化并擴散 至基體與纖維的界面，吸濕結晶化而產生裂紋擴展、基體的降解，從而造成基體強度下降； ③外載荷對材料所致應力損傷則進一步加速了濕熱老化進程。迄今為止，尚無濕、熱、力耦 合下的材料老化試驗方法及其裝備，目前聚合物及其復合材料濕熱老化試驗均采用“兩步法” 進行，即根據材料的使用環境來確定濕熱老化的溫度、濕度參數，先在濕熱環境箱中實施若 干時間的人工加速老化試驗后，將樣品從環境箱中取出，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射 線衍射(XRD)、電子能譜(XPS)和紅外譜圖分析(FTIR)等微觀材料學手段或利用材料力學通用 試驗機測試老化過程中材料宏觀力學參量的變化。對大多數實際在役工況為濕、熱、力耦合 的聚合物及其復合材料而言，據上述“兩步法”監測老化進程，將顯著高估材料的抗老化性 能，從而導致工程設計的安全隱患。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的不足，提供一種適合于聚合物及其復合材料于濕、 熱、力多場耦合下的老化測試方法及裝置，為聚合物及其復合材料提供準確、便捷、低成本 的老化測試方法。

本發明的思路為：①老化試驗方法基于濕、熱、力多場耦合下材料拉伸蠕變柔量的動態 監測；②老化裝置立足于微電腦控制的標準濕、熱環境箱，對其硬件進行適當改良后，內置 加載機構；建立有效的載荷、位移測試系統；編制相應的數據采集軟件，實現濕、熱、力多 場耦合下聚合物及其復合材料的老化的測試。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種濕、熱、力多場耦合下的老化測試方法，用于對以聚合物及其復合材料制成的試 樣進行測試，其特征在于測試步驟如下：

a.根據聚合物及其復合材料服役時的極端條件-最高操作溫度T、最大濕度φ及最大應力σ， 確定濕、熱、力多場耦合老化的試驗條件；

b.據上述最高操作溫度T、最大濕度φ，啟動測試用環境箱的環境控制系統，待其箱內溫度、 濕度達到該最高操作溫度T、最大濕度φ時，對置于環境箱內由聚合物及其復合材料制 成的試樣施加恒定拉伸載荷F，載荷大小由關系式F＝σS確定，其中σ為最大應力，S 為試樣橫截面積；

c.對濕、熱、力多場耦合老化下試樣的位移信號進行采集后，經放大、濾波，并轉換為計 算機能夠識別的數字信號送入計算機內進行處理，得到溫度T、濕度φ、應力σ耦合下的 實時蠕變位移-時間曲線(l_{(T，φ，σ)}^(t)-t)；