《飞机结构腐蚀与防护》课件-复合材料老化失效

复合材料老化失效模式与控制飞机结构腐蚀与防护/INTRODUCE引入飞机复合材料结构的腐蚀/老化主要表现为树脂基体的降解和纤维界面层的分离。环境因素如紫外线、湿气、温度变化和化学品暴露会导致复合材料的微观裂纹、分层、强度降低和脆化，影响其结构完整性和性能，进而影响飞机的安全和使用寿命。/CONTENTS目录复合材料失效模式01复合材料老化控制02复合材料失效模式PART01一，复合材料失效模式（一）复合材料结构的老化降质复合材料结构的老化降质现象，系由外界环境因素持续作用所致的时间累积效应。从宏观角度来看，这些外界因素主要涵盖湿热、光照、腐蚀介质及生物作用等方面。一，复合材料失效模式（一）复合材料结构的老化降质然而，其老化降质的内在机理始终涉及化学老化、物理老化和机械老化等过程。鉴于材料所处环境因素的多样性，老化降质的结果在宏观表现上也呈现各异的规律性。一，复合材料失效模式（一）复合材料结构的老化降质特别是针对应用于飞机结构的复合材料，其老化失效模式亦因所处环境因素的差异而有所区别。（二）湿热老化环境下的失效模式湿热老化是复合材料老化降质的主要因素。湿热老化导致复合材料在吸湿、温度和应力作用下性能退化，其中内应力反复作用可能产生龟裂，影响力学性能。一，复合材料失效模式（三）湿热老化效应01湿热老化对部分基体复合材料层板在室温下的拉伸和弯曲强度有所提高，但在高温下性能变化不大。02环氧树脂基体复合材料的层间剪切强度在高温下随吸湿量增加而下降。03湿热老化对三种基体的复合材料层压板在室温下的压缩强度有严重影响，高温下影响更重。一，复合材料失效模式（三）湿热老化效应04湿热老化对短梁剪切强度的影响具有特殊性，长期老化后室温下剪切强度反而提高。05实验室加速老化试验有助于预估复合材料的耐久性。一，复合材料失效模式（四）湿热循环老化效应湿热/热载谱下，试验件吸湿量初期增加后呈复杂趋势，但均小于平衡吸湿量。01

湿热循环对无损层板性能影响较小，但对带孔层板拉伸性能影响较大。02

湿热循环对冲击后压缩强度影响严重，但破坏模式无大变化。03

湿热循环老化后，蜂窝夹层性能除面板模量下降外，其他无大变化。04一，复合材料失效模式（五）紫外线辐射老化在实际使用中紫外线辐射对单向层压板的模量有影响，虽然该影响的过程是缓慢的，但是，最终的损伤程度是不可忽视的。一，复合材料失效模式（五）紫外线辐射老化研究结果表明：试验件在12.260～40.866当量太阳小时照射下，拉伸刚度大约下降6%～10%,在17.800或22.800当量太阳小时照射下，弯曲模量下降12.5%或28.0%。一，复合材料失效模式（五）紫外线辐射老化实际使用情况证明：可以采用喷涂防护涂层的方法避免紫外线老化的发生，且这种方法是有效的。在涂层完好的情况下紫外线老化可以不计。应该注意的是不同的复合材料材料体系选用的涂层也不同。一，复合材料失效模式复合材料老化控制PART02二，复合材料老化控制（一）复合材料的化学老化及控制通常腐蚀老化是指复合材料所处的环境中含有腐蚀性化学介质。为了控制环境介质对复合材料的腐蚀，采用的主要措施：①通过提高结晶度、取向度、交联密度、基体紧密性或使用表而处理剂、增强树脂与纤维的粘接强度等手段来提高材料自身的耐蚀性；②使用防护涂层。值得说明的是：复合材料对腐蚀性流体(燃油、液压油、防冻液等)不敏感，可以不考虑。二，复合材料老化控制（二）复合材料的生物老化及控制飞机上的复合材料所面临的生物腐蚀问题，主要集中于油箱底部。燃油中所含的水分及其他杂质，为微生物的滋生提供了理想的生存环境。这些微生物，主要包括细菌、真菌、霉菌等，在生长过程中会产生乳酸、草酸等酸性物质，进而与复合材料发生化学反应，导致材料的性能下降甚至破坏。特别是在海洋环境中运行的飞机，其面临的生物腐蚀问题更为严峻。二，复合材料老化控制（二）复合材料的生物老化及控制为了有效控制和减轻生物腐蚀的影响，建议采取以下措施：严格控制燃油质量，降低其中的水分和其他杂质含量，以减少微生物滋生的条件。01在油箱设计中，增设高效的排水系统，并定期进行排水作业，以防止水分在油箱底部积聚。02在复合材料表面应用防生物涂层，以阻止微生物的附着和生长。03二，复合材料老化控制（三）复合材料的电偶腐蚀及控制鉴于碳纤维在一般环境下呈现惰性，展现出类似贵金属的特性，其电位较高，在与金属接触时，多数情况下作为阴极角色，进而加速金属的腐蚀过程。电偶腐蚀的发生需满足三个基本条件：电位差、电解质和导电连接。因此，在设计中，应着重从电解质和导电连接这两个条件出发，以解决复合材料与金属之间的电位腐蚀问题，从而保护金属不受损害。此外，砂蚀和雨蚀均为缓慢作用的过程，而涂层技术能够有效地抵御这些因素的侵蚀。在风面涂层的选择上，可考虑采用防蚀漆、金属防护层或陶瓷保护层等解决方案。复合材料与金属之间存在电偶腐蚀现象二，复合材料老化控制（四）主要防护措施包括隔离材料：在金属和复合材料之间使用绝缘垫片或涂层，防止直接接触，减少电偶腐蚀。防腐涂层：在金属表面涂覆防腐蚀涂层，如环氧树脂或聚氨酯涂层，保护金属免受腐蚀介质的侵蚀。密封剂：使用防水密封剂填充连接处的缝隙，防止水分和腐蚀性介质渗入。二，复合材料老化控制（四）主要防护措施包括阴极保护：在金属部件上使用牺牲阳极或施加阴极保护电流，降低金属的腐蚀速度。选择合适的连接件：使用耐腐蚀材料（如不锈钢或镀锌钢）制作连接件，减少连