专利名称：Uva紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法
技术领域：
本发明属于纤维增强树脂基复合材料性能测试技术领域，具体地说，涉及一种UVA紫外线对纤维增强树脂基复合材料损伤的检测方法。
背景技术：
现有研究表明，对树脂基复合材料性能有影响的环境因素包括温度、湿度和光照等，其中光照主要来源于太阳光和日光灯。紫外辐射对树脂基复合材料性能有一定的影响。紫外辐射划分为A波段(320 400nm)，B波段(275 320nm)，和C波段(200 275nm)，并分别称之为UVA、UVB和UVC。太阳辐照中的UVC几乎完全被臭氧层吸收;UVB大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，且无法穿透大部分的玻璃及透明塑料；而UVA 紫外线则具有很强的穿透力，超过98%的UVA紫外线能穿透臭氧层和云层到达地球表面，并且能够穿透大部分透明玻璃和塑料，日光灯发出的紫外线波长也在UVA的波段范围内。目前UVA紫外光对树脂基复合材料的性能影响，没有人做过相关研究，对于两者之间的关系不很明了，因此也就很难对复合材料的生产和存放环境作出任何改善。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种轻度UVA紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法，通过特定波段的紫外线对树脂基复合材料的辐照，检测到树脂基复合材料的表面损伤，并给现有的复合材料生产制备和存放提供技术指导。为了达到上述目的，根据本发明的UVA紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法包括以下步骤第一步，确定UVA紫外线的强度。针对现有的紫外线波段的分布情况，对于大气环境中的树脂基复合材料可能产生影响的主要是UVA波段的紫外光，因此本发明中确定对树脂基复合材料进行辐照的紫外光的波长范围为320 400nm，辐照度为150y w/cm2 400 u w/cm2。第二步，对树脂基复合材料进行预处理。所述树脂基复合材料为纤维增强树脂基复合材料，可以是玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料，碳纤维增强环氧树脂基复合材料，碳纤维增强改性酚醛树脂基复合材料，玻璃纤维增强改性酚醛树脂基复合材料。进行衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)实验、X射线光电子能谱(XPS)、表面接触角实验试样所需处理过程切至所需尺寸，并使用丙酮清洗材料表面；进行纳米压痕和原子力显微镜实验试样所需处理过程切样，镶样，磨样，抛光，直到在金相显微镜下显示没有划痕。第三步，使用UVA紫外线对树脂基复合材料进行辐照，辐照时间为15天 45天。所用仪器为WFH-203B暗箱式三用紫外分析仪，其波长入320 400nm ;峰值入p为365nm，紫外辐照度为200 y w/cm2。第四步，对树脂基复合材料进行表面性能测试，树脂基复合材料表面化学组成发生变化，其中C含量减少5% 10% ;0含量增加15% 25% ;C/0含量减少20% 30% ;表面浸润性不变；表面硬度增加2% 25% ;表面模量增加15% 110% ;表面形貌起伏范围增加了 80% 400% ;表面粗糙度增加10% 95%。本发明的优点在于(I)通过轻度UVA紫外线辐照对室内纤维增强树脂基复合材料进行试验，确定了轻度UVA紫外线对纤维增强树脂基复合材料的性能影响，为以后的室内纤维增强树脂基复合材料制备和储存提供了参考；(2)本发明进一步明确了轻度UVA紫外 线对树脂基复合材料的影响机理，可以用以指导技术人员制备和保存室内复合材料；(3)通过UVA段紫外线对树脂基复合材料的性能影响，可以辅助确定和改善材料的生产和保存环境。
图I为本发明的检测方法流程图；图2为碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面红外光谱图；图3为碳纤维增强环氧树脂基复合材料未经紫外辐照的Cls谱图；图4为碳纤维增强环氧树脂基复合材料经15天轻度UVA紫外辐照的Cls谱图；图5为碳纤维增强环氧树脂基复合材料经45天轻度UVA紫外辐照的Cls谱图；图6为轻度UVA紫外线辐照时间为0天、15天、30天和45天的碳纤维增强环氧树脂基复合材料弹性模量和硬度；图7a_7d为轻度UVA紫外线辐照时间为0天、15天、30天和45天的碳纤维增强环氧树脂基复合材料断面在原子力显微镜下的表面起伏；图8为轻度UVA辐照时间为0天、15天、30天和45天的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的原子力显微镜三维图像。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。利用本发明提供轻度UVA紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法，如图I所示流程图，具体包括如下步骤第一步通过对不同朝向的窗户的室内的阳光UVA紫外辐照度进行长期统计观察，确定室内UVA紫外辐照的变化情况，最终确定UVA紫外辐照实验的紫外辐照强度为200 u w/cm2。第二步对所选用的碳纤维增强环氧树脂基复合材料进行预处理。碳纤维增强环氧树脂基复合材料制备三份试样，切至所需尺寸，并使用丙酮清洗材料表面，并进行打磨抛光处理。第三步将预处理后的试样放入WFH-203B暗箱式三用紫外分析仪中，在200 U w/cm2条件下分别进行紫外辐照15天、30天和45天的处理。第四步对辐照处理前后的试样进行衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)实验、X射线光电子能谱(XPS)、表面接触角实验、纳米压痕和原子力显微镜表征。
(I)碳纤维增强树脂基复合材料表面红外光谱图分析图2为碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面红外光谱图，曲线A到曲线D分别是未经紫外辐射，轻度UVA紫外辐射15天(曲线B)，30天(曲线C)和45天(曲线D)时的ATR-FTIR谱图，从图中可以看出，经过不同时间紫外辐照后碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面的衰减全反射光谱均无明显变化。(2)碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面X射线光电子能谱分析试验结果如表I所示，从表I中可以看出，经过紫外辐射15天和45天后的材料表 面Cls的含量分别减小4. 0%和8. 0%,01s的含量分别增加11. 4%和21. 9%,C/0值分别减小13. 9%和25. l%,Nls的含量分别增加19. 2%和20. 5%,Si2p的含量分别增加27. 6%和 73. 4%。表I碳纤维增强环氧树脂基复合材料XPS测试结果
权利要求
1.UVA紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括步骤 第一步，确定UVA紫外线的强度； 第二步，对树脂基复合材料进行预处理； 第三步，利用UVA紫外线对所述树脂基复合材料进行辐照，辐照时间为15天 45天，所用仪器为WFH-203B暗箱式三用紫外分析仪； 第四步，对所述树脂基复合材料进行表面性能测试，所述树脂基复合材料表面的化学组成发生变化，其中C含量减少5% 10% ;0含量增加15% 25% ；C/0含量减少20% .30% ;表面浸润性不变；表面硬度增加2% 25% ;表面模量增加15% 110% ;表面形貌起伏范围增加80% 400% ;表面粗糙度增加10% 95%。
2.根据权利要求I所述的检测方法，其特征在于，在所述第一步中，所述UVA紫外线的波长为320 400nm,福照强度为150ii w/cm2 400ii w/cm2。
3.根据权利要求I所述的检测方法，其特征在于，在所述第二步中，所述树脂基复合材料为纤维增强树脂基复合材料。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述纤维增强树脂基复合材料为玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料、碳纤维增强环氧树脂基复合材料、碳纤维增强改性酚醛树脂基复合材料或玻璃纤维增强改性酚醛树脂基复合材料。
5.根据权利要求I所述的检测方法，其特征在于，在所述第三步中，所述WFH-203B暗箱式三用紫外分析仪的波长入为320 400nm ;峰值入p为365nm，紫外辐照度为200 u w/.2cm 。
全文摘要
本发明公开了一种UVA紫外线辐照对树脂基复合材料损伤的检测方法，通过确定轻度UVA紫外线的强度，对经过预处理的树脂基复合材料进行辐照，辐照时间为15天～45天；对树脂基复合材料进行表面性能测试，树脂基复合材料表面化学组成发生变化，其中C含量减少5％～10％；O含量增加15％～25％；C/O含量减少20％～30％；表面浸润性不变；表面硬度增加2％～25％；表面模量增加15％～110％；表面形貌起伏范围增加80％～400％；表面粗糙度增加10％～95％。本发明通过轻度UVA紫外线辐照对室内纤维增强树脂基复合材料进行试验，确定轻度UVA紫外线对纤维增强树脂基复合材料的性能影响，为以后的室内纤维增强树脂基复合材料的生产和储存提供了参考意见。
文档编号G01N1/44GK102721601SQ201210222849
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者庄桂增, 段跃新, 汤冰洁, 王旭, 肇研, 董昊, 许燕杰, 郑潇涛, 陈萍 申请人:上海飞机制造有限公司, 北京航空航天大学