專(zhuān)利名稱(chēng)：Uva紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種UVA紫外線(xiàn)對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有研究表明，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料性能有影響的環(huán)境因素包括溫度、濕度和光照等，其中光照主要來(lái)源于太陽(yáng)光和日光燈。紫外輻射對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料性能有一定的影響。紫外輻射劃分為A波段(320 400nm)，B波段(275 320nm)，和C波段(200 275nm)，并分別稱(chēng)之為UVA、UVB和UVC。太陽(yáng)輻照中的UVC幾乎完全被臭氧層吸收;UVB大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達(dá)地球表面，且無(wú)法穿透大部分的玻璃及透明塑料；而UVA 紫外線(xiàn)則具有很強(qiáng)的穿透力，超過(guò)98%的UVA紫外線(xiàn)能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面，并且能夠穿透大部分透明玻璃和塑料，日光燈發(fā)出的紫外線(xiàn)波長(zhǎng)也在UVA的波段范圍內(nèi)。目前UVA紫外光對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能影響，沒(méi)有人做過(guò)相關(guān)研究，對(duì)于兩者之間的關(guān)系不很明了，因此也就很難對(duì)復(fù)合材料的生產(chǎn)和存放環(huán)境作出任何改善。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種輕度UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法，通過(guò)特定波段的紫外線(xiàn)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的輻照，檢測(cè)到樹(shù)脂基復(fù)合材料的表面損傷，并給現(xiàn)有的復(fù)合材料生產(chǎn)制備和存放提供技術(shù)指導(dǎo)。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法包括以下步驟第一步，確定UVA紫外線(xiàn)的強(qiáng)度。針對(duì)現(xiàn)有的紫外線(xiàn)波段的分布情況，對(duì)于大氣環(huán)境中的樹(shù)脂基復(fù)合材料可能產(chǎn)生影響的主要是UVA波段的紫外光，因此本發(fā)明中確定對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行輻照的紫外光的波長(zhǎng)范圍為320 400nm，輻照度為150y w/cm2 400 u w/cm2。第二步，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)處理。所述樹(shù)脂基復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，可以是玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料，碳纖維增強(qiáng)改性酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料，玻璃纖維增強(qiáng)改性酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料。進(jìn)行衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)實(shí)驗(yàn)、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、表面接觸角實(shí)驗(yàn)試樣所需處理過(guò)程切至所需尺寸，并使用丙酮清洗材料表面；進(jìn)行納米壓痕和原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)試樣所需處理過(guò)程切樣，鑲樣，磨樣，拋光，直到在金相顯微鏡下顯示沒(méi)有劃痕。第三步，使用UVA紫外線(xiàn)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行輻照，輻照時(shí)間為15天 45天。所用儀器為WFH-203B暗箱式三用紫外分析儀，其波長(zhǎng)入320 400nm ;峰值入p為365nm，紫外輻照度為200 y w/cm2。第四步，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行表面性能測(cè)試，樹(shù)脂基復(fù)合材料表面化學(xué)組成發(fā)生變化，其中C含量減少5% 10% ;0含量增加15% 25% ;C/0含量減少20% 30% ;表面浸潤(rùn)性不變；表面硬度增加2% 25% ;表面模量增加15% 110% ;表面形貌起伏范圍增加了 80% 400% ;表面粗糙度增加10% 95%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)通過(guò)輕度UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)室內(nèi)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行試驗(yàn)，確定了輕度UVA紫外線(xiàn)對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能影響，為以后的室內(nèi)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制備和儲(chǔ)存提供了參考；(2)本發(fā)明進(jìn)一步明確了輕度UVA紫外 線(xiàn)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的影響機(jī)理，可以用以指導(dǎo)技術(shù)人員制備和保存室內(nèi)復(fù)合材料；(3)通過(guò)UVA段紫外線(xiàn)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能影響，可以輔助確定和改善材料的生產(chǎn)和保存環(huán)境。


圖I為本發(fā)明的檢測(cè)方法流程圖；圖2為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料表面紅外光譜圖；圖3為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料未經(jīng)紫外輻照的Cls譜圖；圖4為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料經(jīng)15天輕度UVA紫外輻照的Cls譜圖；圖5為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料經(jīng)45天輕度UVA紫外輻照的Cls譜圖；圖6為輕度UVA紫外線(xiàn)輻照時(shí)間為0天、15天、30天和45天的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料彈性模量和硬度；圖7a_7d為輕度UVA紫外線(xiàn)輻照時(shí)間為0天、15天、30天和45天的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料斷面在原子力顯微鏡下的表面起伏；圖8為輕度UVA輻照時(shí)間為0天、15天、30天和45天的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的原子力顯微鏡三維圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。利用本發(fā)明提供輕度UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法，如圖I所示流程圖，具體包括如下步驟第一步通過(guò)對(duì)不同朝向的窗戶(hù)的室內(nèi)的陽(yáng)光UVA紫外輻照度進(jìn)行長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)觀(guān)察，確定室內(nèi)UVA紫外輻照的變化情況，最終確定UVA紫外輻照實(shí)驗(yàn)的紫外輻照強(qiáng)度為200 u w/cm2。第二步對(duì)所選用的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)處理。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料制備三份試樣，切至所需尺寸，并使用丙酮清洗材料表面，并進(jìn)行打磨拋光處理。第三步將預(yù)處理后的試樣放入WFH-203B暗箱式三用紫外分析儀中，在200 U w/cm2條件下分別進(jìn)行紫外輻照15天、30天和45天的處理。第四步對(duì)輻照處理前后的試樣進(jìn)行衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)實(shí)驗(yàn)、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、表面接觸角實(shí)驗(yàn)、納米壓痕和原子力顯微鏡表征。
(I)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料表面紅外光譜圖分析圖2為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料表面紅外光譜圖，曲線(xiàn)A到曲線(xiàn)D分別是未經(jīng)紫外輻射，輕度UVA紫外輻射15天(曲線(xiàn)B)，30天(曲線(xiàn)C)和45天(曲線(xiàn)D)時(shí)的ATR-FTIR譜圖，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間紫外輻照后碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料表面的衰減全反射光譜均無(wú)明顯變化。(2)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料表面X射線(xiàn)光電子能譜分析試驗(yàn)結(jié)果如表I所示，從表I中可以看出，經(jīng)過(guò)紫外輻射15天和45天后的材料表 面Cls的含量分別減小4. 0%和8. 0%,01s的含量分別增加11. 4%和21. 9%,C/0值分別減小13. 9%和25. l%,Nls的含量分別增加19. 2%和20. 5%,Si2p的含量分別增加27. 6%和 73. 4%。表I碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料XPS測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括步驟 第一步，確定UVA紫外線(xiàn)的強(qiáng)度； 第二步，對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)處理； 第三步，利用UVA紫外線(xiàn)對(duì)所述樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行輻照，輻照時(shí)間為15天 45天，所用儀器為WFH-203B暗箱式三用紫外分析儀； 第四步，對(duì)所述樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行表面性能測(cè)試，所述樹(shù)脂基復(fù)合材料表面的化學(xué)組成發(fā)生變化，其中C含量減少5% 10% ;0含量增加15% 25% ；C/0含量減少20% .30% ;表面浸潤(rùn)性不變；表面硬度增加2% 25% ;表面模量增加15% 110% ;表面形貌起伏范圍增加80% 400% ;表面粗糙度增加10% 95%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述第一步中，所述UVA紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)為320 400nm,福照強(qiáng)度為150ii w/cm2 400ii w/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述第二步中，所述樹(shù)脂基復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)改性酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料或玻璃纖維增強(qiáng)改性酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)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儀的波長(zhǎng)入為320 400nm ;峰值入p為365nm，紫外輻照度為200 u w/.2cm 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷的檢測(cè)方法，通過(guò)確定輕度UVA紫外線(xiàn)的強(qiáng)度，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行輻照，輻照時(shí)間為15天～45天；對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行表面性能測(cè)試，樹(shù)脂基復(fù)合材料表面化學(xué)組成發(fā)生變化，其中C含量減少5％～10％；O含量增加15％～25％；C/O含量減少20％～30％；表面浸潤(rùn)性不變；表面硬度增加2％～25％；表面模量增加15％～110％；表面形貌起伏范圍增加80％～400％；表面粗糙度增加10％～95％。本發(fā)明通過(guò)輕度UVA紫外線(xiàn)輻照對(duì)室內(nèi)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行試驗(yàn)，確定輕度UVA紫外線(xiàn)對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能影響，為以后的室內(nèi)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的生產(chǎn)和儲(chǔ)存提供了參考意見(jiàn)。
文檔編號(hào)G01N1/44GK102721601SQ201210222849
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者莊桂增, 段躍新, 湯冰潔, 王旭, 肇研, 董昊, 許燕杰, 鄭瀟濤, 陳萍 申請(qǐng)人:上海飛機(jī)制造有限公司, 北京航空航天大學(xué)