對復合材料結構使用的主要環境條件及對結構影響的主要因素進行了系統分析,并結合試驗情況分析,對復合材料腐蝕的主要方式進行了闡述,并給出了復合材料構件使用防護的一些基本方法。
復合材料結構在外場使用中,可能遇到各種使用環境(如溫度、度、雨雪、陽光、雷電、風沙、塵埃、霧、噪聲及工業污染等),它們都可能引起復合材料的退化和變質,一般稱為腐蝕過程。復合材料的腐蝕機理較為復雜,目前尚無滿意的解釋,更難于預測復合材料的腐蝕與強度和時間的關系。飛機在使用期內,除受外部環境條件的影響之外,還受內部的燃料、液壓油、冷卻劑、密封劑等生產和使用中一些酸堿的影響。另外,復合材料是高電位材料,當與低電位材料相接時可能會出現電偶腐蝕。因此,在復合材料結構設計時,必須考慮相應的防護措施,以保證結構的完整性。
根據飛機預計的服役地區、飛機范圍、材料體系、使用任務、結構狀況等確定飛機復合材料結構主要環境條件,常見的復合材料結構環境條件有:濕熱環境、沖擊環境、腐蝕環境和老化環境。
濕熱環境是影響復合材料結構特性的一個重要因素。樹脂基是吸濕的,隨著吸濕擴散擴展,會使結構出現不同的吸濕量分布。這樣,不僅會降低纖維的抗腐蝕阻力,在比較高的環境溫度下還會使基體的玻璃化轉變溫度降低,并降低其強度和剛度。因此,濕熱環境是復合材料結構必須考慮的總體環境,要考慮在最嚴酷的濕熱環境條件下引起的力學性能降低,以及長期的濕熱老化環境對力學性能包括壽命)的影響兩個問題。要求復合材料結構在設計使用壽命期內,在可能遇到的溫度、濕度和載荷環境的單獨或綜合作用下,仍具有足夠的結構完整性。對特殊的部位,還應驗證局部環境與總體環境的綜合影響。
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