一种快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法

本发明涉及一种快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法,具体属于复合材料检测。

背景技术：

1、玻璃纤维增强树脂基（gfrp）是一种以玻璃纤维为增强材料，树脂基为基体的复合材料，通常称为“玻璃钢”。

2、由于其性能优越，近年来在航空领域、机械工程、土木工程、风力发电等领域得到了广泛应用。但gfrp在工程服役当中不可避免地受到光照氧化等自然因素的影响，导致制品颜色发生变化，造成树脂的降解等，从而导致gfrp的宏观力学性能退化、降低其服役性能。判断gfrp在使用服役过程当中力学性能是否变化；以及研究性能变化程度，是否符合工程使用规范。为保障使用安全和工程质量，提高gfrp的耐紫外线老化性能十分重要，因此国内外学者开展了大量紫外老化实验。

3、目前有关研究表明 ，gfrp在大气中的老化主要是太阳辐射 、高温 、潮湿空气及风吹雨打的作用，同时紫外照射使树脂中的活性物质降解 、氧化，使玻璃钢颜色变黄。此外玻璃钢的老化与地区关系密切，例如经8年秦皇岛地区曝露，玻璃钢只有一层或两层玻璃布上的树脂有“风化”现象，哈尔滨地区大气曝露10年，还没有“风化”现象。由外观变化看，广州比哈尔滨变化明显，一般在广州大气曝露半年，外观就有明显变化，而在哈尔滨则需1年至1．5年才能表现出来。

4、以上紫外老化试验都在室外进行，与其他试验不同，紫外老化试验需要大量时间，并且受天气地区等因素影响，具体紫外老化时间、紫外强度都无法确定，实验结果不稳定。并且不同地区受到光照等因素不同，若在不同地区进行紫外老化试验,这种试验方法较为不便。

5、目前对gfrp制品紫外老化评价方法主要有扫描电子显微镜法、核磁共振法、红外光谱法。以上方法均是对材料整体进行评估，不仅对测试设备要求高，并且耗费时间较长，对工程实际应用意义不大。对此发明人提出一种新的评估方法：通过老化后外观颜色变化快速判断老化程度。

6、紫外老化试验箱是模拟光照的老化试验设备，专门模拟产品长期放置在户外。太阳中的紫外线对其照射所产生的破坏性，只需要几天或几周时间，设备可以再现户外需要数月或数年所产生的破坏。看产品是否有退色、变色、亮度下降、粉化、龟裂、变模糊、脆化、强度下降及氧化等现象，同时它还可以再现雨水和露水所产生的破坏。紫外老化试验箱通过将待测样品曝晒放在经过控制的阳光和湿气的交互循环中，同时提高温度的方式来进行试验。（采用紫外线荧光灯模拟阳光，同时还可以通过冷凝或喷淋的方式模拟湿气影响）。紫外光（uv）只占阳光的5%，但它却是造成户外产品耐用性下降的主要光照因素。有几种不同的uv灯可供选择，在大多数情况下，只需要模拟短波的uv光即可。不同的灯会产生不同的测试结果。实际的曝晒应用环境可以提示应选用哪种类型的uv灯。

技术实现思路

1、鉴于上述分析，发明人的目的在于提供一种能够提高gfrp制品 紫外老化研究效率的一种方法。本发明需要借助紫外老化箱来模拟gfrp制品的紫外老化进程，通过调整紫外老化箱参数来获取gfrp制品在不同使用环境、不同使用要求以及不同地区的紫外老化情况，极大地增加了gfrp制品紫外老化试验效率。

2、本发明一种快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法通过以下步骤实现：

3、步骤1：紫外老化试验材料的选定

4、gfrp制品的尺寸选定为：长180mm，宽10mm，厚2mm；

5、步骤2：紫外老化试验

6、将步骤1尺寸的gfrp制品放入紫外老化试验箱中进行紫外老化试验，紫外老化试验运行参数设定为：

7、温度80℃，紫外灯管选择uva340，功率为20w，紫外灯管长度为600mm，运行时间分别设定为0h、56h、112h、168h和240h五档，紫外老化试验的gfrp制品颜色随老化时间的变化趋势如图1所示；

8、步骤3：确定gfrp制品紫外老化的标准

9、依据图1中色1-色5的颜色变化趋势，快速判断紫外老化程度：

10、紫外老化实验后的gfrp制品达到图1中色2颜色，属于轻度老化；达到图1中色3颜色属于中度老化；达到图1中色4-色5颜色；属于重度老化；

11、步骤4：快速判断gfrp紫外老化程度

12、依据步骤3的gfrp制品紫外老化的标准，将工程服役中的gfrp制品外观颜色与图1中色1-色5的颜色进行比对，从而实现对工程服役中的gfrp制品紫外老化程度的快速判断。

13、gfrp制品紫外老化的关联度分析

14、图1为gfrp制品老化时间与颜色的对比图，如图1所示，gfrp制品表面随老化时间变化出现变色现象，且随老化时间的延长，表面颜色不断加深，由此能快速判断出gfrp制品在工程服役中所受紫外老化时间的大致范围以及其力学性能；在经过紫外老化之后，按照gb/t 1447-2005以及gb/t1449-2005标准对紫外老化之后的gfrp制品进行拉伸和弯曲力学测试，图2中表明随着紫外老化时间的延长，其拉伸模量、弯曲模量均呈先增大后减小的变化趋势；老化试验进行56h后，拉伸模量上升了22.69%，弯曲模量上升了12.2%；老化试验进行168h后，gfrp制品拉伸模量和弯曲模量都开始下降；老化试验进行240h后，gfrp制品拉伸模量下降了12.47%，弯曲模量下降了7.18%；

15、在紫外老化情况下，当gfrp制品表面颜色达到图1中色2时，拉伸模量上升22.69%，弯曲模量上升12.2%；当gfrp制品表面颜色达到图中色3时，拉伸模量和弯曲模量都开始下降；当gfrp制品表面颜色达到图中色5时，其拉伸模量下降12.47%，弯曲模量下降7.18%。

16、本发明的有益效果：

17、1、相比现有的对gfrp制品紫外老化试验方法，本发明提供了一种能节省大量试验时间的紫外老化方法，方法简便，可操作性强，效率高，成本低，适合对工程服役中的gfrp制品紫外老化程度的快速判断。

18、2、根据gfrp制品在不同工作环境下受紫外线强度和时间的不同，调整试验方案：调整紫外老化时间、夜晚冷凝时间、温度等，得到gfrp制品在各个地区、各种工作环境的相对紫外老化情况。

19、3、提供了一种gfrp制品紫外老化的评估方法。对于某一确定种类、规格的gfrp制品，加速老化得到颜色外观（紫外老化时间）和弯曲和拉伸模量关系图，便于后续该gfrp制品在工程使用中紫外老化程度。

技术特征：

1.一种快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法，其特征在于：所述的方法通过以下步骤实现：

技术总结
本发明涉及一种快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法，通过紫外老化试验，建立和依据GFRP制品紫外老化的标准，将工程服役中的GFRP制品外观颜色与标准颜色进行比对，从而实现对工程服役中的GFRP制品紫外老化程度的快速判断。本发明快速判断玻纤增强树脂基复合材料紫外老化程度方法简便，可操作性强，效率高，成本低，适合对工程服役中的GFRP制品紫外老化程度的快速判断。

技术研发人员：欧阳增柏,谢小林,孟凡皓,刘杰源,陈林发
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13