泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料吸濕行為分析(干燥箱的使

PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由輕質(zhì)芯材和高 強(qiáng)面板組成，具有極為優(yōu)異的比強(qiáng)度和比模量，同 時(shí)具有較好的透波性能，在航天、航空、建筑、 船舶等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，尤其是作為雷達(dá)天 線罩的主體材料體系應(yīng)用越來越廣。

1 實(shí)驗(yàn)

1． 1 原料

樹脂基 體 采 用 香 港惠利有限公司生產(chǎn)的 LT －5089環(huán)氧樹脂，樹脂和固化劑配比為 100 ∶ 30; 增強(qiáng)材料為石英玻璃纖維平紋布，由湖北菲利華 有限公司生產(chǎn); PMI 泡沫密度為 75 kg /m3 ，德國德 固賽公司生產(chǎn)。

1． 2 試樣制備和處理

設(shè)計(jì) 面 板 厚 0. 32 mm，PMI 泡 沫 芯 材 厚 9. 4 mm，制備得到的 PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 的平均厚度為 10. 04 mm。采用濕法袋壓工藝制 備面板復(fù)合材料試樣和面板/芯材/面板結(jié)構(gòu)的 PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，固化工藝為: 50 ℃ 保溫 3 h 后，升溫到 70 ℃ 再保溫 6 h。為了保證 足夠的寬度 － 厚度比( 約等于 10) ，同時(shí)考慮試樣 在吸濕、稱重過程中的可操作性，將面板、PMI泡沫、PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料試樣分別切割成 100 mm × 100 mm 的尺寸，并使用鋁箔膠帶對試 樣側(cè)面進(jìn)行密封，最后將處理完成的試樣放置在干燥箱（上海精宏DHG-9247A）中進(jìn)行充分干燥，一般為 70 ℃下保溫 6 h。

1． 3 吸濕實(shí)驗(yàn)

吸濕環(huán)境主要由濕度和溫度組成，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文選擇吸的濕環(huán)境如表 1 所示。


利用恒溫恒濕箱，使面板復(fù)合材料、PMI 泡沫 和 PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料試樣在相應(yīng)環(huán)境 中持續(xù)吸濕。在吸濕的前 24 h，每 12 h 對其吸濕 率 Wt 進(jìn)行測試; 24 h 后，每 24 h 對吸濕率 Wt 進(jìn) 行測試。本文使用稱量法表征試樣的吸濕率 Wt ( 見式 1) 。

2 結(jié)果與討論

圖 1 為面板復(fù)合材料試樣在不同吸濕環(huán)境中 的吸濕率 － 時(shí)間曲線。從圖中可見，五種吸濕環(huán) 境中，面板復(fù)合材料的大部分吸濕都集中在吸濕 初期的 24 h 內(nèi)，即吸濕初期吸濕率快速增加，隨 后吸濕率有所波動，最終都到達(dá)平衡。不同濕度 環(huán)境中( 見圖 1( a) ) ，面板復(fù)合材料的吸濕行為 相差很大，環(huán)境的濕度越大，試樣的吸濕速率和飽 和吸濕率也越大，85% ＲH、95% ＲH 和浸水三種濕 度下面板的飽和吸濕率分別為 0. 57% 、1. 18% 、 2. 36% 。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在高濕度環(huán)境 85% ＲH、95% ＲH 中，面板復(fù)合材料的吸濕率波動較小，而浸水 環(huán)境中面板復(fù)合材料的吸濕率有明顯的下降，這 是由于浸水環(huán)境更為惡劣，浸水對面板復(fù)合材料 的損傷更大，使試樣表面溶解和剝落等質(zhì)量損失 的程度和范圍大于高濕度環(huán)境，且面板復(fù)合材料 本身質(zhì)量較小，在吸濕率曲線上表現(xiàn)為吸濕率顯 著下降。不同溫度環(huán)境中( 見圖 1 ( b) ) ，面板復(fù) 合材料的吸濕率曲線更加相近，吸濕速率沒有明 顯的規(guī)律，吸濕后期都有部分波動，其中 70 ℃ 時(shí) 面板復(fù)合材料的吸濕率下降最多，其次為 60 ℃環(huán) 境下的，50 ℃ 環(huán)境下試樣的吸濕率穩(wěn)定上升，沒 有明顯的下降過程。這可能是因?yàn)榄h(huán)境溫度越 高，吸濕過程中材料的剝離、脫粘等不可逆損失越 多。最終50 ℃、60 ℃、70 ℃三種環(huán)境中面板復(fù)合 材料 的 飽 和 吸 濕 率分別為 0. 85% 、0. 57% 、 0. 51% ，三個(gè)飽和吸濕率較為接近。與環(huán)境溫度 相比，濕度對面板復(fù)合材料吸濕行為的影響更大。


3 結(jié)論

1) 浸水環(huán)境下，石英纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂面 板、PMI 泡沫以及相應(yīng)的 PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合 材料都具有嚴(yán)重的吸濕行為，吸濕速率和飽和吸濕率很大。
2) 50 ℃至 70 ℃范圍內(nèi)，溫度越高，吸濕過程 中面板復(fù)合材料、PMI 泡沫、PMI 泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù) 合材料的質(zhì)量損失越大，飽和吸濕率越小。
3) 濕度對面板復(fù)合材料、PMI 泡沫、PMI 泡沫 夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料吸濕行為的影響大于溫度。
4) 在溫度小于 60 ℃，非浸水環(huán)境中，PMI 泡 沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的飽和吸濕率可以通過相同 條件下面板和 PMI 泡沫的吸濕率進(jìn)行預(yù)測。