老化、加速老化、耐久性评价等

《浸渍树脂快速与自然老化试验对应关系》---岳清瑞（教授，国合项目（编号2005DFBA00012）；国家自然科学基金重点项目（编号50238030）；863计划项目（编号2001AA336010）） FRP材料及其加固结构的耐久性直接影响 FRP加固结构性能的优劣 , 目前在该技术领域 , 国内外进行的试验与评价研究尚未形成体系 , 为了掌握FRP材料及其加固结构在不同环境条件下的性能变化规律 , 探求FRP 加固结构的耐久性设计指标和设计方法 , 本期几篇文章通过系列加速老化试验和不同自然环境的老化试验 , 测试FRP及其与结构材料粘结性能的变化 , 初步建立了结构加固用FRP及其与混凝土粘结性能的劣化规律模型 , 提出了在无防护情况下的耐久性评价方法 , 为进一步建立工程应用的FRP及其加固结构耐久性评价和设计方法提供依据。 由于快速试验具有周期短、试验过程容易控制、能加速老化作用等优点 , 因此 , 通常浸渍树脂在各种环境因素作用下的耐久性是通过快速试验进行的。但事实上 ,树脂实际使用时的自然环境是复杂多变的 , 那么通过快速试验研究得出的结果能否反映树脂在真实自然环境作用下的老化性能 , 或者能在多大程度上反映真实自然老化环境作用下的性能 , 即快速试验与 自然老化试验的相关性问题是值得深入研究的课题。 实验部分：湿热循环老化试验（参照GB2574-89《玻璃纤维增强塑料湿热试验》），干湿交变试验，海水浸泡快速试验，自然环境中有无遮阳防护老化后的性能差异模拟阳光辐射作用。 快速老化与自然老化的对应关系 老化模型（拉伸强度、伸长率、弹性模量随老化时间变化规律的描述）：双线性模型 ……….（1） ----力学性能指标衰减出现转折时的名义力学性能指标； ----力学性能指标衰减出现转折时的相对老化时间； 、 ----衰减速率。 图1 名义指标随老化时间的衰减模型 单一加速因子的计算：加速因子实际上代表加速老化与自然老化的对应关系。加速因子的一般定义为自然老化与加速老化性能衰减相同时所经过的时间比。 本文对两种树脂进行快速老化和自然老化试验，在实验的基础上分析了两者的对应关系。研究结果给出了老化预测模型，并计算了加速老化因子，但是只是单一加速环境下的加速因子，因此出现加速因子小于1的情形，表明加速老化试验没有起到加速作用，树脂在自然环境中受到各种老化因素的共同作用要比单一因素作用大得多。本文的不足之处是只进行了180天的老化试验，并且自然环境试验在春秋季，没有贯穿全年，试验数据并不完整。 《FRP耐久性评价方法》---杨勇新，岳清瑞。2006年 在系列耐久性试验的基础上，从理论上提出了一种评价其耐久性的方法，建立了单一快速试验环境下和复合快速试验环境下FRP名义力学性能衰减模型，提出并计算了单一和复合加速因子。通过名义力学性能平均衰减速率这一指标建立了从未知材料到已知材料的映射, 对未知材料进行耐久性评价。 图2 耐久性评价流程 力学衰减模型如式（1），名义力学性能衰减模型的叠加：如何叠加？ 快速和自然老化试验对应关系分析和计算（单一、复合加速因子） 在选择加速老化试验方法时，必须要考虑的两个基本问题是相关性和加速作用。 《基于移位因子法的GFRP长期性能试验及其应用研究》----朱雯娟，李卓球。2013年硕士论文。（国家自然科学而基金---服役条件下玻璃钢管道长期性能预测的理论与方法研究，11102142） GFRP的树脂基体为典型粘弹性材料，因而GFRP在服役条件下其力学性能会随着使用时间的推移而下降。由于在GFRP长期性能方面的研究不够深入，导致现阶段尚不能准确预测GFRP的长期性能。正是由于在长期性能方面研究的滞后致使GFRP的使用范围受到了限制。 本文在研究服役条件下玻璃钢管道的长期力学性能时，结合现有的GFRP粘弹性理论，建立了基于双移位叠加温度-应力-时间等效关系模型，如下。通过引入垂直和水平移位因子的方法描述了长期蠕变性能随温度和应力的变化情况，并根据不同应力水平下的长期性能实验数据拟合得到了在温度、湿度恒定的情况下GFRP材料长期性能预测公式。 《玻璃纤维增强复合材料的寿命预测》---李晖，李亚平 利用双因素方差分析法确定了用弯曲强度作为玻璃纤维复合材料老化过程的性能评价指标，用环境综合因子来确定温度、湿度和光照的综合作用对复合材料老化的影响，确定了三种因素对材料老化性能的影响程度，得到了不同地域的环境综合因子；最后以环境综合因子和老化时间为变量，根据实验数据拟合得到了玻璃纤维增强复合材料的寿命预测模型，与实测值相比，预测精度可达到91.67%。 《玻璃纤维增强复合材料在湿热环境下的耐久性试验及性能衰减模型》---张彦红，杨勇新 对玻璃纤维增强树脂基复合材料进行了湿热条件下的耐久性试验，测试了拉伸强度、伸长率和弹性模量的变化情况。根据实验结果，用抛物线-直线模型预测GFRP材料在湿热环境作用后的寿命。通过与Williams模型、郭春红模型、古尼耶夫模型对比认为所建立的抛物线-直线模型有较高的精度。 《T300-648复合材料湿热老化行为与贮存寿命预测》---黄超 聚合物基复合材料通常存在老化问题，其中环境对于复合材料的老化影响最为重要。复合材料结构件必须适合长期贮存、随时能用并且可用的特点，所以对于复合材料在自然环境中的贮存寿命预测的研究显得非常重要。自然环境中，复合材料会受到紫外辐射，氧气，温度，湿 度，化学介质，微生物等环境因素的影响，其中温度和湿度对复合材料性能的影响最为明显。自然老化是对材料寿命评价最真实有效的方法，但其却存在时间周期长，地域差异大导致结果也可能会不一致的缺点。加速老化实验克服了自然老化的这些问题，其实验周期短，老化因子可以单个也可以多个组合，通过调节老化因子能够得到自己需要的环境数据。 复合材料在温度和湿度的共同作用下会对材料内部结构、力学性能产生很大影响。目前主要以加速老化实验测定其吸湿机理以及力学性能的变化规律，并通过力学性能变化结合相应模型得到寿命预测值。 本文作者对复合材料进行了四个不同温湿度条件的加速老化试验，对复合材料的吸湿老化机理进行了分析，并利用考虑温湿度相互作用的广义艾林模型作为复合材料的寿命预测模型。 《纤维增强聚合物加速老化寿命预测方法研究进展》 （1）长期自然环境中的耐久性试验数据较少，人工快速老化和自然老化试验结果的对应关系也更为少见，因此缺乏ＦＲＰ复合材料在典型环境下快速试验与自然老化试验的同步和系统研究，从而对所建立的ＦＲＰ复合材料耐久性评价体系和预测模型缺乏验证依据； （２）建立能合理地反映材料真实使用情况下的老化寿命预测模型，及对ＦＲＰ复合材料在多种环境耦合条件下以及受力状态与环境条件的耦合状态下的老化寿命预测模型； （３）拓宽计算机在复合材料老化研究中的应用，开发相应的计算机模拟软件，用计算机预测复合材料的使用寿命。 《GFRP在海水环境下的性能演变规律与寿命预测模型_谢晶》 GFRP 的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程，实际上是 GFRP 经受吸湿、温度和应力联合作用而产生的退化过程，其退化机制作用于纤维、基体及两者界面并引起物理化学变化[46]。 分为 3 个过程：第一个过程主要是水的溶胀、增塑作用引起的；第二个过程的影响因素比较复杂，是增塑、结晶和后固化交替作用产生的结果；第三个过程主要是微裂纹扩展和断链引起的[47]。 《树脂基复合材料长期性能的理论分析及其实验研究_黄千稳》 但是复合材料是以树脂为基体的材料,树脂材料是典型的粘弹性材料,具有粘弹性材料的螺变和应力松池等特性,由树脂基体构成的复合材料也具有了粘弹性特征,在服役过程中会表现出与时间相关的力学行为。在服役条件下材料的力学性能会随着使用时间的推移而下降,如在某种温度或是应力水平下持续一段时间就可能会出现失效。若材料在工程应用中发生失效,将造成难以想象的后果。