紫外线和盐雾腐蚀对拉挤成型复合材料（FRP）性能的影响研究

      复合材料具有良好的绝缘性能、电性能和力学性能以及抗微生物附着性能。广泛的应用于多个领域，因而也是地铁三轨防护系统的绝缘防护罩的理想材料。但在隧道外由于受日光、雨淋、风化等腐蚀严重，其耐老化性能尤为重要，材料在使用过程中会遇到老化的问题。为评价复合材料的耐老化性能，有两类老化试验方法：一类是自然老化试验方法，即直接利用自然环境进行的老化试验；另一类是人工加速老化试验方法，即在实验室利用老化箱模拟自然环境条件的某些老化因素进行的老化试验。由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性，自然老化无疑是最重要最可靠的老化试验方法。但是，由于自然老化周期相对较长，不同年份、季节、地区气候条件的差异性导致了试验结果的不可比性；而人工加速老化试验模拟强化了自然气候中的某些重要因素，如阳光、温度、湿度、降雨等，缩短了老化试验的周期，且由于试验条件的可控性，试验结果再现性强。人工老化作为自然老化的重要补充被运用于复合材料的研究、开发、检测中。拉挤成型复合材料(拉挤玻璃钢)受日照辐射产生老化主要是紫外线，尤其是UV-B段紫外线。故选用UV-B段的加速老化试验方式进行老化测试。

      盐在地球上分布非常广泛。海洋、大气、地面、湖水和河流中都有盐 ，尤以沿海地区含盐量比较大。因此复合材料在其寿命周期中都处于某种形式的盐环境中。供电系统的污秽属于VI级，按照大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污染源和炉烟污秽300m以内的地区，盐密度0.35 mg/cm²。所以在老化评估加入盐雾腐蚀试验。盐雾试验的目的是检验含盐潮湿大气对拉挤玻璃钢性能的影响。

      根据UV老化和盐雾试验讨论玻璃钢复合材料的电性能、力学性能、绝缘性能随着老化会受到一定影响。根据结果得出性能变化情况以及哪些老化对其性能变化影响的程度。

      本次通过UV老化1000小时，盐雾腐蚀1000小时，UV1000小时后再1000小时盐雾，1000小时盐雾后再1000小时UV四组试验。将得出的数据进行统计分析，拉挤玻璃钢受哪些环境因素的影响程度，性能变化数据对该材料老化寿命评估提供参考。

      玻璃纤维为4800无碱纱，基体为不饱和聚酯树脂（HS-307PH），连续毡，填料为AlOH，采用拉挤工艺制作厚度3.5㎜ 玻璃钢拉挤材料。

      2.2.1 UV老化试验

      应用LDV型紫外线加速老化试验箱。依照GB/T14522-93标准。采用波长313纳米，UVBII型0.2kW紫外灯3支照射。在60℃，每隔102分钟，喷水18分钟的条件下，将材料放置1000小时。

      2.2.2 盐雾腐蚀试验

      应用气流式盐雾试验箱，依照GB/T10125-97，浓度为5℅氯化钠，35℃实验温度。盐雾沉降量1-2ml/80cm²h。在此条件下放置1000小时。

      2.2.3 按照2.2.1和2.2.2方法UV老化试验1000小时之后再盐雾腐蚀1000小时。

      2.2.4按照2.2.2和2.2.1方法盐雾腐蚀1000小时之后再UV老化试验1000小时。

      2.5.1 弯曲性能

      采用WDW-100万能材料试验机，依照GB1449-2008标准测试弯曲强度，试件尺寸为100mm×15mm×3.5mm。试验标距50mm，实验速度10mm/分。室温14℃.

      2.5.2 电击穿试验

      采用TQSB-100kV变压器测试电击穿强度，试件尺寸为50mm×50mm×3.5mm。放置于绝缘油中，加电压至试样碳化击穿的电压值。

      2.5.3 耐泄痕性

      采用电痕化试验机测试耐泄痕性，试件尺寸为20mm×20mm×3.5mm。依照IEC60112，600V电压，拉挤玻璃钢在电场作用下表面暴露于氯化铵与去离子水配制3.95±0.05欧米溶液时。测试拉挤玻璃钢在潮湿条件下相比电痕化指数和耐电痕化指数。当将电压施加到放在材料表面上规定的电极装置之间。电解溶液以间隔30秒，连续50滴滴到试样上的两电极之间，未发生过流装置工作和不灭明火产生。

      2.5.4 泄漏电流试验

      采用TQSB-100KV变压器，依据GB1408标准测试泄漏电流，试件尺寸为102mm×150mm×3.5mm。在加压15kV下，用微安表测试泄漏电流。

      2.5.5 绝缘电阻和体积电阻

      采用高阻计，依照ASTM-D257测试绝缘电阻/体积电阻，试件尺寸为直径110mm×3.5mm。测试并记录电阻数值。

      2.5.6 巴氏硬度

      采用巴氏硬度计，依照ASTM-D2583，测试并记录数据。

      1#试验为原样品试验。

      2#试验为UV老化1000小时。

      3#试验为盐雾腐蚀1000小时。

      4#试验为UV1000小时后再1000小时盐雾。

      5#试验为1000小时盐雾后再1000小时UV。

      3.1.1试验前试样弯曲试验结果（单位MPa）：

      就同一材料来说，在老化过程中不同性能的下降是不等速的。某些性能对环境敏感，下降得最快，则是引起材料破坏的主要因素，弯曲过程对材料试样一面有拉伸力，一面有压缩力，相对反映材料综合性能。对于热固性塑料来说，弯曲性能下降能作为评价指标。

3.1.2 UV老化1000小时试样弯曲试验结果（单位MPa）：

3.1.3盐雾腐蚀1000小时试样弯曲试验结果（单位MPa）：

3.1.4先UV老化1000小时后盐雾1000小时弯曲试验结果（单位MPa）：

3.1.5先盐雾1000小时后UV老化1000小时弯曲测试结果：（单位MPa）：

3.1.6弯曲强度综合测试结果与分析

       通过以上数据得出了拉挤玻璃钢在生产过程中，固化可能不充分，在UV60℃和盐雾（35℃）过程中，由于温度较高，树脂完全固化后，力学性能出现增强趋势（2^# 和3^#）5^# 经过盐雾腐蚀后表面树脂破坏，UV老化后表面纤维暴露严重，力学性能下降。比4^#UV老化之后再盐雾老化性能下降更明显。

      耐漏痕性，一定程度反映污秽环境对电性能的影响。通过试验，拉挤玻璃钢受污秽环境影响并不明显。

     在试样上加15kV电压，测试其泄漏电流数值，拉挤玻璃钢泄漏电流小于0.1uA，在加速老化后泄漏电流增加，盐雾试验对材料的泄漏电流影响程度大于UV紫外线老化。而在整个实验过程中，紫外线照射使拉挤玻璃钢表面纤维暴露，后经盐雾腐蚀，使内部材料受侵蚀严重，泄漏电流增大。

3.5.1体积电阻

      体积电阻是物质固有的电阻特性，在试样的相对两表面上放置的两电极间所加直流电压与流过两个电极之间的稳态电流之商，该电流不包括沿材料表面的电流。在两电极间可能形成的极化忽略不计。   

      在整个加速老化试验中，体积电阻损失率很高，尤其5#试验中，下降了3个数量级。

3.5.2表面电阻

      表面电阻是指在试样的某一表面上两电极间所加电压与经过一定时间后流过两电极间的电流之商，该电流主要为流过试样表层的电流。

      在加速老化实验中，由于紫外线照射，淋水、高温，盐雾腐蚀，拉挤玻璃钢表面树脂遭到严重破坏。表面电阻下降最为严重，下降5个数量级。

      在玻璃钢配方一定的情况下，巴氏硬度能反映树脂的固化反应的程度，一般情况树脂不可能恰好完全反应。在生产过程中，巴氏硬度用于检查固化程度,巴氏硬度主要考察老化试验。在老化试验过程中，树脂性能损失或破坏。

       拉挤玻璃钢受紫外线照射，表面树脂破坏，玻璃纤维暴露，在潮湿、雨淋使该材料的裂纹、孔隙增加，材料韧性下降。盐雾腐蚀随着玻璃钢表面树脂受侵蚀加重，再经紫外线照射后。其绝缘性能、电性能均下降，泄漏电流增大。耐冲击电压和泄漏电流均在紫外线照射表面漏纱和损伤后，再经盐雾侵蚀，电性能衰减最严重。而力学性能在盐雾35℃和UV60℃温度下，树脂充分固化，内部组织均匀,1000小时之内力学性能增强。随着进一步的加速老化，尤其盐雾腐蚀后再经紫外线照射，性能衰减最为严重。