Композиты на основе эпоксидной смолы, армированные углеродным волокном (CFREC), широко используются в аэрокосмической, автомобильной и морской промышленности благодаря высокому соотношению прочности к весу, превосходным механическим свойствам и устойчивости к факторам окружающей среды. Однако длительное воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения может ухудшить их характеристики. В данной статье исследуется влияние УФ-старения на механические, термические и физические свойства CFREC. В ней представлен обзор механизмов деградации, вызванной УФ-излучением, экспериментальных методов изучения УФ-старения и стратегий смягчения для повышения устойчивости к УФ-излучению.
Композиты из эпоксидной смолы, армированные углеродным волокном, стали незаменимыми в передовых инженерных приложениях. Их легкий вес и высокие эксплуатационные характеристики позволили добиться значительных успехов в проектировании конструкций. Однако долговечность этих материалов в условиях окружающей среды, особенно в условиях УФ-излучения, остается критической проблемой. УФ-старение приводит к фотоокислению, обесцвечиванию, поверхностной деградации и изменению механических свойств. Понимание эффектов УФ-старения имеет жизненно важное значение для прогнозирования срока службы CFREC и повышения их долговечности.
УФ-излучение в первую очередь влияет на эпоксидную матрицу, поскольку углеродные волокна изначально устойчивы к УФ-излучению. Механизмы деградации включают:
Для оценки эффектов старения под воздействием УФ-излучения применяются стандартизированные протоколы испытаний. Основные методики включают:
4.1 Механические свойства УФ-старение снижает прочность на растяжение, изгиб и ударопрочность CFREC. Это снижение объясняется ухудшением эпоксидной матрицы, что ставит под угрозу передачу нагрузки между волокнами.
4.2 Термические свойства Термическая стабильность снижается, поскольку разрыв цепи и окисление снижают температуру разложения. Образцы, состаренные УФ-излучением, демонстрируют более низкие температуры стеклования (Tg), что указывает на размягчение матрицы.
4.3 Морфология поверхности Воздействие УФ-излучения вызывает поверхностные трещины, питтинги и обесцвечивание. Эти дефекты могут распространяться под воздействием механических нагрузок, ускоряя разрушение.
4.4 Химические изменения Спектры FTIR показывают увеличение карбонильных и гидроксильных групп, что указывает на окисление. Эти изменения коррелируют с ухудшением механических и термических характеристик.
5.1 УФ-стабилизаторы Добавление в эпоксидную матрицу УФ-поглотителей и светостабилизаторов на основе затрудненных аминов (HALS) смягчает УФ-деградацию за счет поглощения вредного излучения и удаления свободных радикалов.
5.2 Поверхностные покрытия Защитные покрытия, такие как устойчивые к ультрафиолетовому излучению краски и пленки, обеспечивают эффективную защиту от радиации.
5.3 Модифицированные смолы Разработка эпоксидных смол, устойчивых к УФ-излучению, с повышенной плотностью сшивки или включением наночастиц, таких как диоксид титана (TiO2), повышает долговечность.
5.4 Гибридные композиты Сочетание углеродных волокон с другими армирующими материалами, такими как стекловолокно, может повысить устойчивость к ультрафиолетовому излучению за счет распределения напряжений и снижения деградации матрицы.
6.1 Аэрокосмические применения Исследования старения под воздействием ультрафиолета на материалах CFREC, используемых в фюзеляжах самолетов, выявили значительную потерю механических свойств после длительного воздействия, что требует частого технического обслуживания и обработки поверхности.
6.2 Автомобильные компоненты Наружные детали, изготовленные из углепластика в автомобильной промышленности, подвержены изменению цвета и растрескиванию поверхности, что требует использования покрытий, защищающих от УФ-излучения.
6.3 Морские сооружения Морская среда усиливает старение под воздействием УФ-излучения из-за высокой влажности и воздействия соли. Защитные меры, такие как анти-УФ-покрытия и гибридное армирование, показали свою эффективность.
Старение под воздействием ультрафиолета существенно влияет на эксплуатационные характеристики армированных углеродным волокном эпоксидных смоляных композитов, в частности, за счет деградации эпоксидной матрицы. Благодаря передовым технологиям в области материаловедения и защитным стратегиям можно смягчить эти эффекты и продлить срок службы CFREC. Продолжение исследований в этой области будет способствовать инновациям и обеспечит надежность этих материалов в сложных условиях применения.
Опытная команда по обслуживанию и сильная команда поддержки производства обеспечивают беспроблемное обслуживание заказов клиентов.
Получите наш каталог всего за 30 секунд! Просто заполните ваши данные, и мы отправим файл прямо на ваш адрес электронной почты.