復(fù)合材料吸水膨脹行為測定

複合材料吸水膨脹行為測定

內(nèi)容一複合材料之濕熱脹行為二Fick’sdiffusionlaw三應(yīng)變量測方法四試驗(yàn)步驟與結(jié)果五結(jié)論一.複合材料之濕熱脹行為1-1複材脹縮效應(yīng)1.溫度變化產(chǎn)生之熱脹冷縮(或冷脹熱縮)2.濕氣滲入之膨脹現(xiàn)象1-2濕熱脹行為之影響遇濕熱變化之環(huán)境，複材性能會有明顯之變化是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析之重要因素是一種可逆反應(yīng)1-3單一方向複材之濕、熱脹係數(shù)熱脹係數(shù)，(thermalexpansioncoefficient)濕脹係數(shù)，(moistureexpansioncoefficient)E:Young’smodulusV:volumeratio:poisson’sratio因，大多之纖維均不吸水，如carbon、boron、glass1-4單一方向複材之濕、熱應(yīng)變二.Fick’sdiffusionlaw2-1一維濕氣滲透Fick’sdiffusionlawc=材料含水率D=材料滲透係數(shù)t=時(shí)間z=滲透方向之座標(biāo)

D為濕脹行為主要因素，通常以實(shí)驗(yàn)求得hxzy2-2板內(nèi)含水率M=飽和含水率h=板厚M容易由實(shí)驗(yàn)求得，但欲得c(t,z)則非常困難，甚至不可能若已知，可以最小二乘法curve

fitting

得D、M若時(shí)間夠長，M=可直接求得，則只需curvefittingD2-3以濕脹應(yīng)變代替含水率=平面內(nèi)整體平均濕脹應(yīng)變=沿厚度(z軸)方向之Z處濕脹應(yīng)變

可得代入得1.當(dāng)中為含水飽和應(yīng)變2.隨水壓力、溫度影響，當(dāng)條件固定時(shí)，為常數(shù)，則3.當(dāng)h已知可以curvefitting

求D三.應(yīng)變量測方法3-1過去採用之方法量測應(yīng)變之工具SurfacestraingagemicrometerEmbeddedstraingage(1987年Daniel等人提出)Daniel等人將應(yīng)變計(jì)埋在複材層與層中間。優(yōu)點(diǎn)：不影響局部之水氣滲入不需使用膠結(jié)劑，可以粘結(jié)良好缺點(diǎn)：對長時(shí)間量測應(yīng)變計(jì)可能遭水氣侵入，而失去準(zhǔn)確性複材層數(shù)較少時(shí)，會因應(yīng)變計(jì)造成之局部強(qiáng)化現(xiàn)象而引起誤差3-2本研究採用之方法1.採用懸吊技術(shù)量測應(yīng)變2.濕脹應(yīng)變計(jì)算

W=16~18cmd=0.5~0.8cmdWL/2L/23.溫度校正(校正為同一溫度之應(yīng)變)

懸吊絲採用Glassfiber其

=0.56x10-6/oC當(dāng)溫度升降在10oC

對精度影響不大，故予忽略As4/3501-6carbon/epoxy

=-0.9x10-6/oC=27x10-6/oC3-3誤差分析IfW=17cm,d=0.7cm由於d可量至約0.01mm故，

W可量至0.01mm/6=0.0017mm同時(shí),應(yīng)變可量至0.0017mm/170mm=10-5

(與應(yīng)變計(jì)相當(dāng))

四.實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果4-1實(shí)驗(yàn)步驟本研究採用As4carbon/epoxy複材，4-ply單向複材板採用大尺寸(20*20cm)，以減少sideeffect板側(cè)以silicon膠封，以減少水分從側(cè)面滲入在板表面以單絲玻璃纖維懸吊，如前圖，並使W=16~18cm(續(xù))纖維中央懸吊一U形銅絲(約1mg)，使纖維拉直，並使d=0.5~0.8cm浸泡入玻璃水槽以相機(jī)定期拍照，觀察d之變化，換算成W之變化，以求取應(yīng)變以拍攝與實(shí)物1:1之底片，洗成4x6”相片(可以放大4.5倍)，再以放大鏡(20倍)，可讀至(1/64x1/36)”=0.01mm4-2試驗(yàn)結(jié)果本研究採用試體為1.90o方向4-ply,泡水30天2.0o方向4-ply,泡水30天試體一(90o方向4-ply,泡水30天)應(yīng)變數(shù)據(jù)取至小數(shù)點(diǎn)後第五位實(shí)驗(yàn)階段水溫變化約在160C~250C之間

實(shí)驗(yàn)用複材板厚度h=0.5mm

約在第17天左右，可接近飽合飽和含水應(yīng)變εM

約為0.00157，係取最後5天之平均應(yīng)變1.取前14天之?dāng)?shù)據(jù)迴歸分析得

εM=0.00238，D=1.31E-9m2/day

2.取前21天之?dāng)?shù)據(jù)迴歸分析得εM=0.00174，D=2.67E-9m2/day3.取30天之?dāng)?shù)據(jù)迴歸分析得εM=0.00165，D=3.08E-9m2/day結(jié)果：εM與實(shí)驗(yàn)值有相當(dāng)差距，故以迴歸方法並不易求得εM若直接以實(shí)驗(yàn)值εM=0.00157，單獨(dú)迴歸D，得D=3.6E-9m2/day

(若同時(shí)fittingεM

及D；εM=0.00165，D=3.08E-9m2/day)試體二(0o方向4-ply,泡水30天)五.結(jié)論結(jié)論

1.本研究採用懸吊觀測指標(biāo)之方式，配合光學(xué)照相，藉以量測複材吸水膨脹，其中懸吊絲使用不吸水之玻璃纖維絲，並以不銹之細(xì)銅線，做為觀測指標(biāo)，此種方式較一般以電子讀數(shù)法量測更具穩(wěn)定性，同時(shí)對複材本身干擾亦最少，故對於採用應(yīng)變計(jì)有困難之量測，如惡劣環(huán)境或需長時(shí)間量測時(shí)均十分適合。2.0o方向(fiber方向)應(yīng)變極小幾乎等於0。3.

根據(jù)迴歸分析結(jié)果顯示，F(xiàn)ick’sdiffusionlaw，當(dāng)數(shù)據(jù)取的天數(shù)較少時(shí)，未飽合階段極吻合，但後