泡沫夹层结构复合材料吸湿行为分析(干燥箱的使

PMI 泡沫夹层结构复合材料由轻质芯材和高 强面板组成，具有极为优异的比强度和比模量，同 时具有较好的透波性能，在航天、航空、建筑、 船舶等领域有很好的应用，尤其是作为雷达天 线罩的主体材料体系应用越来越广。

1 实验

1． 1 原料

树脂基 体 采 用 香 港惠利有限公司生产的 LT －5089环氧树脂，树脂和固化剂配比为 100 ∶ 30; 增强材料为石英玻璃纤维平纹布，由湖北菲利华 有限公司生产; PMI 泡沫密度为 75 kg /m3 ，德国德 固赛公司生产。

1． 2 试样制备和处理

设计 面 板 厚 0. 32 mm，PMI 泡 沫 芯 材 厚 9. 4 mm，制备得到的 PMI 泡沫夹层结构复合材料 的平均厚度为 10. 04 mm。采用湿法袋压工艺制 备面板复合材料试样和面板/芯材/面板结构的 PMI 泡沫夹层结构复合材料，固化工艺为: 50 ℃ 保温 3 h 后，升温到 70 ℃ 再保温 6 h。为了保证 足够的宽度 － 厚度比( 约等于 10) ，同时考虑试样 在吸湿、称重过程中的可操作性，将面板、PMI泡沫、PMI 泡沫夹层结构复合材料试样分别切割成 100 mm × 100 mm 的尺寸，并使用铝箔胶带对试 样侧面进行密封，最后将处理完成的试样放置在干燥箱（上海精宏DHG-9247A）中进行充分干燥，一般为 70 ℃下保温 6 h。

1． 3 吸湿实验

吸湿环境主要由湿度和温度组成，根据相关标准，本文选择吸的湿环境如表 1 所示。


利用恒温恒湿箱，使面板复合材料、PMI 泡沫 和 PMI 泡沫夹层结构复合材料试样在相应环境 中持续吸湿。在吸湿的前 24 h，每 12 h 对其吸湿 率 Wt 进行测试; 24 h 后，每 24 h 对吸湿率 Wt 进 行测试。本文使用称量法表征试样的吸湿率 Wt ( 见式 1) 。

2 结果与讨论

图 1 为面板复合材料试样在不同吸湿环境中 的吸湿率 － 时间曲线。从图中可见，五种吸湿环 境中，面板复合材料的大部分吸湿都集中在吸湿 初期的 24 h 内，即吸湿初期吸湿率快速增加，随 后吸湿率有所波动，最终都到达平衡。不同湿度 环境中( 见图 1( a) ) ，面板复合材料的吸湿行为 相差很大，环境的湿度越大，试样的吸湿速率和饱 和吸湿率也越大，85% ＲH、95% ＲH 和浸水三种湿 度下面板的饱和吸湿率分别为 0. 57% 、1. 18% 、 2. 36% 。同时发现，在高湿度环境 85% ＲH、95% ＲH 中，面板复合材料的吸湿率波动较小，而浸水 环境中面板复合材料的吸湿率有明显的下降，这 是由于浸水环境更为恶劣，浸水对面板复合材料 的损伤更大，使试样表面溶解和剥落等质量损失 的程度和范围大于高湿度环境，且面板复合材料 本身质量较小，在吸湿率曲线上表现为吸湿率显 著下降。不同温度环境中( 见图 1 ( b) ) ，面板复 合材料的吸湿率曲线更加相近，吸湿速率没有明 显的规律，吸湿后期都有部分波动，其中 70 ℃ 时 面板复合材料的吸湿率下降最多，其次为 60 ℃环 境下的，50 ℃ 环境下试样的吸湿率稳定上升，没 有明显的下降过程。这可能是因为环境温度越 高，吸湿过程中材料的剥离、脱粘等不可逆损失越 多。最终50 ℃、60 ℃、70 ℃三种环境中面板复合 材料 的 饱 和 吸 湿 率分别为 0. 85% 、0. 57% 、 0. 51% ，三个饱和吸湿率较为接近。与环境温度 相比，湿度对面板复合材料吸湿行为的影响更大。


3 结论

1) 浸水环境下，石英纤维增强环氧树脂面 板、PMI 泡沫以及相应的 PMI 泡沫夹层结构复合 材料都具有严重的吸湿行为，吸湿速率和饱和吸湿率很大。
2) 50 ℃至 70 ℃范围内，温度越高，吸湿过程 中面板复合材料、PMI 泡沫、PMI 泡沫夹层结构复 合材料的质量损失越大，饱和吸湿率越小。
3) 湿度对面板复合材料、PMI 泡沫、PMI 泡沫 夹层结构复合材料吸湿行为的影响大于温度。
4) 在温度小于 60 ℃，非浸水环境中，PMI 泡 沫夹层结构复合材料的饱和吸湿率可以通过相同 条件下面板和 PMI 泡沫的吸湿率进行预测。