纤维及其复合材料老化机理研究进展

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1、５４李树娟等纤维及其复合材料老化机理研究进展纤维及其复合材料老化机理研究进展李树娟，钟焕荣，李智，于亮（广州合成材料研究院有限公司，广东广州５１０６６５）摘要：对于纤维及其复合材料而言，潮湿、遇热、光照等环境条件对其力学性能的影响明显，会导致其强度和刚度下降。本文阐述了国内外纤维及其复合材料的人工气候老化、热氧老化、光氧老化、湿热老化、臭氧老化等方面研究现状，提出了纤维及其复合材料老化的一些主要机理。在探讨了一些新研究手段的发展和取得的成果的基础上，进而展望了纤维及其复合材料老化研究存在的不足，并提出纤维及其复合材料老化研究的趋势。关键词：纤维及

2、其复合材料，老化，力学性能中图分类号：ＴＱ３１AReviewonAgingMechanismsofFiberandFiberReinforcedCompositesＬＩＳｈｕ-ｊｕａｎ，ＺＨＯＮＧＨｕａｎ-ｒｏｎｇ，ＬＩＺｈｉ，ＹＵＬｉａｎｇ（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ畅Ｌｔｄ畅ｏｆＳｙｎｔｈｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６６５，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｓｕｃｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓａｓｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ，ｈｅａｔａｎｄＵＶｈａｖｅａｎｅｇａｔｉ

3、ｖｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｉｂｅｒａｎｄｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｍａｋｉｎｇｔｈｅｉｒｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｃｌｉｎｅｄ畅Ｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｃｌｉｍａｔｅａｇｉｎｇ，ｔｈｅｒｍａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎａｇｉｎｇ，ｐｈｏｔｏｏｘｉｄａｔｉｏｎａｇｉｎｇ，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇａｎｄｏｚｏｎｅａｇｉｎｇｏｆｆｉｂｅｒａｎｄｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍ

4、ａｉｎａｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ畅Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅａｇｉｎｇｏｆｆｉｂｅｒａｎｄｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ畅Keywords：ｆｉｂｅｒ，ａｇｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ纤维及其复合材料作为重要的高分子材料之导致纤维及其复合材料老化的因素主要有内一，与国民经济及现代生活息息相关，是农业、工因和外因两个方面，内因主要是指材料的组成、链业、交通运输、电子电器、军工等行

5、业必不可少的重结构以及聚集态结构发生变化，外因是指使用环［１］要材料。尽管纤维及其复合材料因普遍具有许境，其中以光、热、湿、氧等因素对材料影响显著。多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速纤维及其复合材料老化通常是在内因和外因相互的发展，但目前业已大规模生产的纤维及其复合材作用下的复杂过程。料还存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而各行业对纤维及其复合材料的应用则要求有高１国内外研究热点的比强度和比刚度、优良的耐高低温性能以及耐老目前，针对纤维及其复合材料的老化问题，国化和耐腐蚀性。然而，纤维及其复合材料在使用条内外研究较为广泛的有人工气候

6、老化、热氧老化、件中，因各种外界因素，使得纤维及其复合材料的光氧老化、湿热老化、臭氧老化。内部连接产生疲劳，分子长链断裂破坏而产生老化１畅１人工气候老化现象。２００３年，美国一名身穿ＰＢＯ纤维及其复合材料制成的防弹衣的警察中弹身亡，后调查主要原因是人工气候老化是指在实验室模拟户外气候条ＰＢＯ纤维及其复合材料在遇热、光照和潮湿环境下的件进行加速老化试验，主要模拟材料使用的外部环［２］性能下降速度比原来预想要快。纤维及其复合材境，如用氙灯模拟自然光。自然光中的紫外光会引料的老化对材料的性能影响具有举足轻重的作用。起树脂基体中大分子链部分降解，是造成聚

7、合物老收稿日期：２０１３－０７－０９２０１３年第４２卷第６期合成材料老化与应用５５［３］化失效的主要因素。研究发现，随老化时间的延或烘箱内，通过其静态／动态力学性能等的变化来表长，基体与纤维及其复合材料基体界面发生降解，征热氧化条件对复合材料结构与性能的影响，研究热导致复合材料的横向抗拉强度最多下降３４畅８％，层氧老化机理。热氧老化过程受到诸如氧、热和杂质等间抗剪强度最多下降１８畅２％。氙灯照射会导致材许多因素的影响，使老化的行为和机理极为复杂。目料表面的环氧树脂发生化学反应，使部分分子发生前认为热氧老化的机理是自由基反应，包括链引发、链断裂或交

8、联，而在表面产生微裂纹、龟裂以及纤链增长、链终止三个阶段，是一个自动氧化反应过程。维及其复合材料裸露。首先，加工过程中的高温和高剪切力或