海水老化试验设计优化方案

新材料的商业化过程主要涉及两个步骤：

（1）在样本水平对材料进行性能参数的评价检测，对结构材料来而言应满足商业要求的力学性能参数，如强度、硬度、延伸率、疲劳极限及特性等。

（2）对新材料构建的组件原型进一步研究分析，评定其在整个工作寿命期间的安全可靠性。

为保证经济效益，海洋工程中使用的部分纤维增强树脂基复合材料设计寿命至少要15年，也就是说材料至少在15年内无须维护。就长期性能而言，无法对材料在实际时间范围内进行性能评价，因为该材料很可能在推向市场过程中被淘汰。因此，采用加速海水老化测试，将测试时间长度缩短到合理的时间范围，预测实际时间带来的材料性能演变，是一种优选的材料海水老化测试方案。加速海水老化的原理在于树脂基复合材料的吸湿量和吸湿后的力学特性之间有一一对应的关系，而导致吸湿量的增加与湿热历程无关，这是实验室加速老化和预估吸湿后材料力学性能的基本依据。

实验采用人工海水进行复合材料的老化，人工海水成分可参考标准ASTM D1141Standard Practice for the Preparation of Substitute Ocean Water设定，见表3-1。海水老化的温度是加速老化试验快慢的关键，温度高加速老化时间相对较快；温度较低，一般需要的老化时间较短。具体老化温度和老化时间可参考GB/T 2573—2008《玻璃纤维增强塑料耐水性加速试验方法》进行设定。

表3-1　人工海水配比(www.xing528.com)

海水老化需要的恒定温度，可以利用一般的数显恒温水箱（图3-2）进行温度控制，海水成分的保持需要定期更换人工海水溶液，一般30天后进行一次更换即可。

图3-2　恒温水箱图

本研究参考GB/T 2573—2008，设定海水老化温度为65℃，老化60天后分析材料性能变化。基体与复合材料海水老化实验在人工海水中进行，参考标准ASTM D1141人工海水成分与比例见表3-1。人工海水保持恒定温度65℃，30d后进行一次换液操作。

纤维的老化需要考虑复合材料浸泡后的内部环境问题，因为有文献表明纤维增强树脂基复合材料在海水浸泡后质量增加只与水分子有关，海水中的Na+、Cl-等离子因为直径原因不会通过基体进入复合材料内部，也就是说海水浸泡后纤维更接近去离子水的影响。由于海水呈碱性，若直接采用纤维海水老化后的实验结果，这很可能会对最终海水影响纤维增强树脂基复合材料机械性能的机制分析造成偏差，基于该原因考虑，增加了纤维的去离子水老化。对于纤维的去离子水老化，与海水老化实验相同，两种纤维被置于盛有去离子水的容器中，通过恒温水箱保持去离子水的温度为65℃。