[发明专利]湿、热、力多场耦合下的老化测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿、热、力多场耦合下的老化实验方法及其装置，主要用于模拟在役 环境中聚合物及其复合材料的老化性能测试，属材料力学试验机领域。

背景技术

高分子聚合物及其复合材料于湿热环境中承载服役时，材料性能将逐渐下降，部分或全 部丧失其使用价值而发生老化。湿、热、力耦合老化的机制主要为：①源于环境温度的变化 及树脂基体、增强纤维以及树脂、纤维粘接界面不同破坏程度的热应力损伤；②水分子的扩 散运动对材料的影响为物理吸附与化学键的削弱甚至破坏。由于水能使基体溶胀塑化并扩散 至基体与纤维的界面，吸湿结晶化而产生裂纹扩展、基体的降解，从而造成基体强度下降； ③外载荷对材料所致应力损伤则进一步加速了湿热老化进程。迄今为止，尚无湿、热、力耦 合下的材料老化试验方法及其装备，目前聚合物及其复合材料湿热老化试验均采用“两步法” 进行，即根据材料的使用环境来确定湿热老化的温度、湿度参数，先在湿热环境箱中实施若 干时间的人工加速老化试验后，将样品从环境箱中取出，通过扫描电子显微镜(SEM)、X射 线衍射(XRD)、电子能谱(XPS)和红外谱图分析(FTIR)等微观材料学手段或利用材料力学通用 试验机测试老化过程中材料宏观力学参量的变化。对大多数实际在役工况为湿、热、力耦合 的聚合物及其复合材料而言，据上述“两步法”监测老化进程，将显著高估材料的抗老化性 能，从而导致工程设计的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种适合于聚合物及其复合材料于湿、 热、力多场耦合下的老化测试方法及装置，为聚合物及其复合材料提供准确、便捷、低成本 的老化测试方法。

本发明的思路为：①老化试验方法基于湿、热、力多场耦合下材料拉伸蠕变柔量的动态 监测；②老化装置立足于微电脑控制的标准湿、热环境箱，对其硬件进行适当改良后，内置 加载机构；建立有效的载荷、位移测试系统；编制相应的数据采集软件，实现湿、热、力多 场耦合下聚合物及其复合材料的老化的测试。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种湿、热、力多场耦合下的老化测试方法，用于对以聚合物及其复合材料制成的试 样进行测试，其特征在于测试步骤如下：

a.根据聚合物及其复合材料服役时的极端条件-最高操作温度T、最大湿度φ及最大应力σ， 确定湿、热、力多场耦合老化的试验条件；

b.据上述最高操作温度T、最大湿度φ，启动测试用环境箱的环境控制系统，待其箱内温度、 湿度达到该最高操作温度T、最大湿度φ时，对置于环境箱内由聚合物及其复合材料制 成的试样施加恒定拉伸载荷F，载荷大小由关系式F＝σS确定，其中σ为最大应力，S 为试样横截面积；

c.对湿、热、力多场耦合老化下试样的位移信号进行采集后，经放大、滤波，并转换为计 算机能够识别的数字信号送入计算机内进行处理，得到温度T、湿度φ、应力σ耦合下的 实时蠕变位移-时间曲线(l_{(T，φ，σ)}^(t)-t)；