玻纤增强环氧树脂缠绕复合材料管的吸湿热老化及轴向-径向压缩失效机制解耦研究

摘要整理

本研究考察了设计用于油气系统衬管应用的缠绕玻纤增强环氧树脂复合材料管的吸湿热降解行为，重点关注其在轴向或径向压缩载荷下的响应机制。玻纤增强环氧树脂管在淡水中分别于65°C、80°C和95°C条件下浸泡，暴露时间最长达28天。采用重量法监测吸湿量，通过轴向和径向压缩测试及失效后损伤分析评估力学性能。结果表明，所有温度条件下的平衡吸湿量均约为1.75%-1.80%（质量分数），扩散时间相近（~676 h），表明在研究温度范围内温度对饱和吸湿的影响有限。轴向压缩强度基本保持稳定，强度降低幅度低于7.4%，失效主要由局部屈曲机制主导。相比之下，径向压缩表现出显著的刚度降解，在95°C长期浸泡后刚度降低达79%。基于Arrhenius方程的寿命预测（采用50%径向刚度降低为判据）表明耐久性对温度具有强烈依赖性，在高温条件下服役寿命大幅缩短，在95°C时约为17天。研究结果揭示了吸湿热老化后不同方向的差异化降解行为，确定径向刚度为关键耐久性参数。

相关论文