碳纤维复合材料湿热性能研究进展[j]

《碳纤维复合材料湿热性能研究进展[j]》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、碳纤维复合材料湿热性能研究进展吕新颖1,2，江龙1，闫亮1，王荣国1，刘文博1（1.哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001；2.东北林业大学黑龙江哈尔滨150040）摘要：对于碳纤维增强树脂基复合材料，湿热环境条件对复合材料力学性能的影响非常明显，可导致复合材料的强度和刚度下降。在研究了国内外关于碳纤维增强树脂基复合材料湿热老化性能的基础上，从理论模型和试验方法两方面分析了复合材料吸湿模型和扩散机理，结合实际需求对国内外关于碳纤维复合材料湿热性能的试验方法和测试手段进行了评价，认为目前湿热加速老化性能的研究具有一定的局限性，并提出了下一步研究思路。关键词：碳纤维；复合材

2、料；湿热性能；扩散机理；加速老化；寿命预测中图分类号:HydrothermalpropertiesofcarbonfiberreinforcedplasticsLVXin-ying1,2,JIANGLong1,WANGRong-guo1,LIUWen-bo1(1.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;2.NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)Abstract:Thispaperpresentsthesudiesofthehydrothermalproperti

3、esofcarbonfiberreinforcedplastics(CFRP)andanalyzesthemoisuremodelanddiffusionmechanismthroughtheoryandexperience.Meanwhile,thepapersummarizestheexperiencemethodsandtestingmeansofCFRP’shydrothermalpropertiesathomeandabroad.Finally,thestatusofacceleratedagingenvironmentofCFRPispointdoutand

4、somerecommendationsforfutureworkareproposed.Keywords:Carbonfiber;composites;hydrothermalproperties;diffusionmechanism;acceleratedaging;lifeprediction碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计性等优势已被世人所共识[1]，逐步成为先进国防装备的首选材料。但众所周知，树脂基体具有一定的极性，在湿热的环境中容易吸湿[2]，吸入的水分对基体的塑化和溶胀作用以

5、及因树脂与纤维湿、热膨胀系数的不匹配所产生的内应力引起的微裂纹，使复合材料性能急剧下降。世界各国对复合材料湿热环境下的力学、物理行为都给予了很大重视，并将复合材料湿热环境下的力学性能作为衡量其耐久性和损伤容限的参量予以考虑和研究[3]。近10年来，湿热环境对碳纤维复合材料的影响已有大量研究，近两年关于复合材料湿热性能的研究呈明显上升趋势。关于其湿热老化的现有文献主要是对吸水扩散模型的研究[4]和湿热老化力学性能[5,6]及热性能[7-9]的研究。复合材料应用于飞机结构不仅要承受复杂、长时的疲劳载荷、意外冲击载荷等作用，而且还要承受温度、湿度等严苛的外部环境因素的考验。随

6、着飞机性能的不断提高，对结构复合材料的性能要求也越来越高。同时，复合材料自身具有组分多元性、结构多重性、失效模式多样性，这些特点使得复合材料性能演化分析十分复杂。对于树脂基结构复合材料，湿热环境条件对复合材料力学性能的影响非常明显，可导致复合材料的强度和刚度下降。特别是国产碳纤维复合材料湿热性能普遍低于进口T300碳纤维复合材料，而某些树脂体系的国产碳纤维复合材料湿热性能又反常，其内在本质与机理尚不清楚。这些问题的存在将严重影响国产碳纤维复合材料的可靠应用，因此，实现服役环境下国产碳纤维复合材料湿热性能的研究是促进其应用的重要保证和前提。1.碳纤维复合材料吸湿扩散机理碳

7、纤维增强树脂基复合材料的吸湿过程主要涉及三个方面[10]：水分子在树脂基体中的扩散，水分子沿纤维基体界面的毛细作用以及水在孔隙、微裂纹和界面脱粘等缺陷中的聚集。吸湿的水分使基体大分子结构间距增大，刚性基团的活性增加，基体发生溶胀，进而产生增塑，水向基体的吸湿性扩散，由此产生渗透压使基体内部产生裂纹、微小裂缝或其他类型的形态变化,使吸湿量增加，水助长裂纹的扩散，使基体破裂，基体水解导致断链和解交联，这对材料的破坏是永久性的[11,12]。研究复合材料的瞬间吸湿行为和达到饱和状态时的吸湿量，建立复合材料吸湿模型和扩散机理归纳有以下几种：1.1