聚氨酯结构胶—碳纤维复合材料老化性研究

李雪娇　孙墨珑　赵朋远

摘 要：利用力学计算方法和理论对聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料在人工加速老化试验下进行了老化性的理论计算，并结合加速老化试验的结果对聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料的老化性能进行了简单的分析。结果表明：聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料经过人工加速老化试验处理后湿热老化性寿命长达55年，满足设计要求；且实际使用聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料时的湿热老化性寿命会比理论计算得到的寿命更长。

關键词：聚氨酯；碳纤维；老化；寿命

引言

聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料是专门针对处于海洋环境中的电缆与密封壳体之间研制的一种新型材料，具有操作简便、耐老化性能优异等特点。聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料在拉伸强度、耐酸性、耐碱性和抗辐射性等方面都明显优于目前常用的传统密封填料[1]。

文章拟将力学计算方法和理论对聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料进行老化性寿命的计算，并对此复合材料的密封性能进行分析和评价。

1 实验部分

为能尽快了解聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料的老化性能，可进行人工加速老化试验。

由于聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料是用于海洋环境中的电缆密封，因此在人工加速试验模型中选择湿热老化试验。

恒温恒湿试验箱：温度（60±2）℃，相对湿度（95±5）%，老化箱内有效工作区的温、湿度均匀，无明显波动（试验条件参照GJB150.9-86）。

拉伸试件：每组5个试件，制作7组，其中1组为加入偶联剂的空白试件，1组为不加入偶联剂的空白试件。

试件在温度（20±2）℃，相对湿度（50±5）%的环境下固化后，分别测定加入偶联剂的空白试件和不加入偶联剂的空白试件的拉伸强度。其余试件放入恒温恒湿试验箱中，试件相互之间、试件与箱壁之间不得接触。试件在1d，2d，4d，6d，8d时各取出一组试件，置于室温，待试件表面温度与室温平衡后，测试拉伸强度。

2 结果与讨论

通过万能力学拉力机测定各组试件的拉伸强度如表1所示。

-绝对温度/K；A-频率因子/d-1

通过MATLAB编程对试件的拉伸强度数据进行计算[2]。

通过程序计算得到α=0.2217，K=0.0163，B=0.9898。

代入数值计算得到老化时间τ[3]，即聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料的老化性寿命为55年。

3 结束语

在加速老化试验条件下试件经测试后，拉伸强度趋近于10MPa，老化寿命经计算得出为55年，久于预期值50年；而实际使用聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料时，所处的环境要求如温度、湿度等比人工加速老化试验的要求低，因此聚氨酯结构胶-碳纤维复合材料的实际老化性寿命会比理论计算得到的寿命更长，满足设计要求，且该项目已于2007年5月通过部级鉴定，达到国际先进水平，并成功应用于某些重点工程中，为今后的工程应用起到预测和指导作用。

参考文献

[1]赵朋远.电缆密封材料技术报告[R].黑龙江：哈尔滨化工研究所出版社，2007（5）.

[2]汪俊.橡胶密封材料热氧老化及寿命评估研究[D].哈尔滨工业大学工程力学系，2011.

[3]崔志博.橡胶密封材料油介质老化特性及寿命评估方法研究[D].哈尔滨工业大学工程力学系，2012.

通讯作者：赵朋远（1960-），黑龙江哈尔滨人，高工，学士，主要从事电子化学品、耐高温胶粘剂和密封材料方面的研究。