一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维增强环氧树脂基复合材料是一种非均质多相复合材料，其宏观力学性能取决于细观各组分(碳纤维增强相、环氧树脂基体相、界面层)的材料特性和相互作用，其中树脂基体对复合材料结构宏观力学性能的影响尤为明显。根据碳纤维增强环氧树脂基复合材料在海洋工程中的使用环境，国内外对海洋环境中其结构性能变化的研究主要分为海面湿热环境和海水浸泡环境两类，对应的试件环境为湿热蒸汽环境和海水浸泡环境。湿热环境试验通常采用置于饱和水蒸汽环境中一定时间的典型试件，进而利用力学万能试验机获得其拉伸、压缩、弯曲、剪切等相关参数；海水浸泡环境试验则采用浸泡于海水中一定周期的典型试件，进而利用力学万能试验机获得其拉伸、压缩、弯曲、剪切等相关参数。
[0003]目前常见的海水浸泡试验多集中于室温下试样的海水浸泡性能研究，并且试样多采用玻璃纤维增强聚酯基复合材料，对于碳纤维增强环氧树脂基复合材料浸泡于标准人工海水中的性能衰减试验尤其是加速试验的研究涉猎更少。在已有的海水浸泡试验研究中，又多关注浸泡于室温海水中玻璃纤维增强聚酯基复合材料的研究，缺乏浸泡于海水中碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究。因此无法为应用于海水环境中碳纤维增强环氧树脂基复合材料提供一套合理、实用的寿命预测模型，也无法为从细观层次探索碳纤维增强环氧树脂基复合材料在海水环境中力学性能、破坏机理提供可靠的试验支持。此外，由于海水浸泡试验的复杂性以及对试件、试验装置的高要求，目前对碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验研究方法还没有统一标准。因此，研究一种准确、高效测定碳纤维增强环氧树脂基复合材料在室温标准人工海水等效浸泡周期的加速试验装置和方法，对于全面探索海水浸泡条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的失效机理，实现其细观数值仿真，制定其寿命评估方法具有十分重要的现实意义。
【发明内容】
[0004]为克服目前现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种快速简便的浸泡试验装置及其试验方法。
[0005]为达到上述目的，本发明提供了一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置，包括水槽和设置于水槽内的电加热器，水槽上设置有水槽密封盖，水槽内底部设置有支撑电加热器的支架，水槽内顶部设有温度传感器，温度传感器顶部通过导线与设置在水槽外的电加热控制器连接，电加热控制器与电加热器连接。
[0006]进一步的,水槽和水槽密封盖均为方形,且水槽和水槽密封盖的内侧壁均涂覆有不溶于水的保护薄膜。
[0007]优选的，电加热器为双L型结构。
[0008]优选的，支架为双“人”字型结构，且其宽度与电加热器的宽度相等。
[0009]优选的，水槽和水槽密封盖均设置有保温层，保温层为聚乙烯泡沫。
[0010]本发明还提供了一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验方法，该方法包括以下步骤:
[0011]601:制作试件；
[0012]602:浸泡:在室温环境25°C时，将按照DB44 / T475-2008标准配比的人工海水注入水槽内，然后将试件整齐规整地排列于水槽底部，无密封胶的一侧朝上，最后盖上密封盖，并记录浸泡时间；
[0013]603:将电加热器置于标准人工海水中，通过调整其功率，可实现试件在不同温度下不同的海水浸泡时间，同时电加热控制器将根据置于水槽中的温度传感器采集的信息实时调整电加热器的功率。
[0014]进一步的，步骤601中，所述制作试件包括以下步骤:
[0015]701:试件以碳纤维增强环氧树脂基预浸料为原料，按照复合材料叠层板的制备方法制备所需复合材料层压板，并采用金刚石锯片以复合材料层压板标准力学性能试验试件的尺寸裁出；
[0016]702:密封处理:采用不溶于水的密封胶，通过涂覆方法对试件进行密封处理，除试件表面积最大的两个面之一外，其余各面均包裹一层均匀的密封胶；
[0017]703:烘干:将试件置于热烘箱内以高于其环氧树脂基体玻璃化转变温度10%的温度进行烘干操作2小时，即完成试件的制作。
[0018]本发明的有益效果为:本发明可准确、高效模拟碳纤维增强环氧树脂基复合材料在不同海水环境中的等效浸泡时间，对于探索海水浸泡条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的失效机理，实现其细观数值仿真，制定其寿命评估方法具有十分重要的现实意义。
【附图说明】
[0019]下面根据附图对本发明型作进一步详细说明。
[0020]图1是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置的结构示意图；
[0021]图2是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置的水槽的结构示意图；
[0022]图3是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置的水槽密封盖的结构示意图；
[0023]图4是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置的电加热器的结构示意图；
[0024]图5是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置的支架的结构示意图；
[0025]图6是本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验方法中等效海水浸泡时间的曲线图。
[0026]图中:
[0027]1、水槽；2、水槽密封盖；3、保温层；4、温度传感器；5、电加热器；6、支架；7、电加热控制器；8、导线。
【具体实施方式】
[0028]如图1-5所示，本发明实施例所述的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡试验装置，包括水槽I和设置于水槽内的电加热器5，水槽上设置有水槽密封盖2，水槽内底部设置有支撑电加热器的支架6，水槽内顶部设有温度传感器4，温度传感器顶部通过导线8与设置在水槽外的电加热控制器7连接，电加热控制器与电加热器连接。
[0029]本技术方案中，当对碳纤维增强环氧树脂基复合材料进行标准人工海水浸泡加速试验时，将与电加热控制器相联的电加热器、温度传感器置于人工海水中，并用水槽密封盖进行密封。电加热控制器内微电脑将通过温度传感器所采集的信息实时调整电加热器的加热功率，以维持玻璃钢水槽内标准人工海水在所设定的温度恒温。
[0030]温度传感器为k型热电耦温度传感器，并与金属导线相联并置于水槽内的标准人工海水中。电加热控制器为微电脑控制型，通过金属导线分别与220v居民电源、温度传感器、电加热器相联，通过设定操作面板上的温度实现平底玻璃钢水槽内标准人工海水的加热及保温控制。电加热控制器上的温度设定根据碳纤维增强环氧树脂基复合材料海水浸泡的等效温度-时间曲线，从而获得所需的室温标准人工海水浸泡等效时间。
[0031]进一步的,水槽和水槽密封盖均为方形,且水槽和水槽密封盖的内侧壁均涂覆有不溶于水的保护薄膜。本技术方案中，水槽和水槽密封盖均为玻璃钢制品且密封盖板的尺寸与平底水槽的尺寸相适应，内侧涂覆不溶于水的树脂保护薄膜，其中密封盖板上开有用于穿过金属导线的小孔。当导线通过之后用密封胶进行密封。
[0032]优选的，电加热器为双L型结构。优选的，支架为双“人”