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碳纤维复合材料性能与电偶腐蚀的研究

  • 作者 : 苏州挪恩
  • 发布时间:2018-06-07 16:57:07
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       碳纤维复合材料在腐蚀介质的作用下,性能会有一定程度的变化,主要通过对树脂基、碳纤维和它们之间的界面腐蚀表现出来。碳纤维复合材料本身的腐蚀机理较复杂,同一时间内多种因素会影响并作用于复合材料表面及界面。目前,对碳纤维复合材料与金属偶合的电化学腐蚀行为的研究,主要通过电化学测试、加速腐蚀试验对电偶腐蚀后的偶接材料的力学性能和界面腐蚀情况进行判定。碳纤维复合材料的腐蚀可分为两种主要类型:物理腐蚀和化学腐蚀。
 
碳纤维与铝合金复合的无人机吊舱
(图示:碳纤维与铝合金复合的无人机吊舱)
 
        苏州挪恩复合材料有限公司通过实验对比了两种碳纤维/环氧复合材料T300/5222和T300/648的开路电位,得知两种复合材料的开路电位受碳纤维种类、树脂体系、制造工艺的影响,这些差异影响了氧在碳纤维上的吸附,从而形成不同的开路电位。对比复合材料在3.5 % NaCl腐蚀介质与金属偶合后全浸腐蚀的结构形态变化,复合材料与铝合金偶接后,其电偶腐蚀对碳纤维复合材料产生的腐蚀影响不大。

        研究显示,铝合金与碳纤维复合材料在全浸腐蚀条件下发生电偶腐蚀后,碳纤维复合材料基本不受影响,但发生的阴极反应伴随着PH值上升促使聚合物分解一定程度上会引起复合材料基体破坏和界面脱粘,而作为阳级金属表面腐蚀严重。

        公司实验人员将铝合金与碳纤维/环氧复合材料偶接后,在3%NaCl溶液中进行全浸腐蚀试验,碳纤维复合材料在电极表面,本身不参加反应,碳纤维作为阴极,电极上主要是溶解氧的还原过程,从而局部氧化,并经过吸附过程,最终参与电极反应。在碳纤维环氧复合材料表面出现的高PH疱状腐蚀介质,在碳纤维与树脂基体的界面上作用于可水解化学键,会使碳纤维环氧复合材料本身腐蚀并且退化。

        此外,我们测试了与镁电极在海水中浸泡的T-300/934复合材料的剪切强度,发现剪切强度下降了30%,通过对基体树脂的红外分析,阴极表面的PH值越高,该区域的羟基对邻苯二甲酸酯键的亲质子性的破坏越大。同时PH值上升,复合材料表面则会发生聚合物基体树脂降解反应,逐渐出现晶体。

       碳纤维复合材料与金属偶合后,出现的产生降解或生成新的化合物的腐蚀现象,这种化学腐蚀反应是不可逆的。出现“水泡”的这种腐蚀现象可以理解为一个化学变化的过程,复合材料的可溶性物质通过渗透作用形成新溶液进入复合材料内,在渗透压作用下形成水泡,从而影响复合材料性能。水泡破裂,内部高压迫使里面酸性可溶性水喷出,加速基体材料腐蚀。综合上述实验,复合材料的制造工艺、树脂的化学性能、纤维的处理方式以及环境因素一定程度上都会对碳复合材料的性能产生影响。

       目前苏州挪恩复合材料有限公司专注于碳纤维复合材料研发与先进结构件制造,包含凯夫拉纤维(芳纶)、玻璃纤维、石墨烯、碳纳米管增强复合材料研发与功能性结构件制造。团队在碳材料方面的研发经验均在10年以上,为用户提供碳纤维增强复合材料产品从材料研发、结构设计、模拟仿真到量产为一体的综合解决方案。技术团队从事过轨道交通、国防军工、汽车、医疗器械、航空航天等领域的新材料及产品开发。
【本文完