真空热循环对T700∕3234复合材料疲劳性能的影响

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1、专稿FEATURE真空热循环对T700/3234*复合材料疲劳性能的影响EffectofVacuumThermalCyclingontheFatiguePropertyofT700/3234Composites沈阳航空航天大学航空航天工程学部高禹刘佳琦王柏臣于祺哈尔滨工业大学材料科学与工程学院王绍权董尚利中航复合材料有限责任公司包建文以T700/3234复合材料和3234树脂为研究对象，对其进行了真空热循环试验，并分别测试了质损率和复合材料的疲劳性能。研究结果表明，随真空热循环次数的增加，T700/3234复合材料与3234树脂基体的质损率均呈现先迅速增加后趋于平稳的规律。真空热循

2、环处理后的复合材料发生界面脱粘，导致复合材料的抗疲劳性能明显降低。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.14.026于各种领域，尤其是航空航天方面。下，复合材料内部会产生交变热应正是由于其具有高比强度、比模量，力和热应变，使材料受到损伤，导致高禹[6-8]以及抗疲劳、耐腐蚀等特点，使用碳其多项性能下降，降低航天器的教授，工学博士，主要研究方向为空间环境因素作用下先进树脂基纤维增强树脂基复合材料可降低航使用寿命。在诸多性能中，结构材[1-3]复合材料的损伤效应及机理、聚合天器结构的全寿命成本。航天器料的疲劳性能对航天器的可靠性与物基复合材料动态力学行为及

3、损伤服役期间，运行轨道的气体压力一安全性起着决定性作用。因此针对机理、聚合物基复合材料低成本制-5-5-8[9-10]般小于10Pa，在10~10Pa之间复合材料疲劳性能方面的研究，备与应用技术，发表学术论文40余[4]篇。变化。由于碳纤维/树脂基复合尤其是模拟真空热循环条件下的疲-5材料在高真空环境（10Pa）下会产劳性能的研究，对于保证航天器运[5]生析气和质损，如果复合材料析出行安全和延长服役时间等具有重要大量可凝挥发物，那么在航天器外表意义。本文研究真空热循环对单向面与其相邻的部分就会受到污染，特T700/3234环氧复合材料疲劳性能的随着科学技术的不断发展，碳纤别是对光学

4、器件和热控涂层等产生影响，以期为多向铺层复合材料优化维增强树脂基复合材料被广泛应用不利影响。同时，航天器在近地轨服设计提供基础数据。役期间反复进出地球阴影区域，其*国家自然科学基金项目（51373102、表面温度一般在-120~120℃之间变试验51073094和51303106）和沈阳市人才专项基金项目（2012081203019）资助。化。在这种循环交变的温度场作用1试验材料26航空制造技术·2015年第14期专稿FEATURE试验材料为单向T700/3234环次数的增加，复合材料与树脂的质损氧复合材料，由中航工业北京航空材率呈现先迅速增加，然后趋于平缓的料研究院制备。试样制备

5、前，碳纤维变化规律。材料在真空环境下的总表面未经任何处理。T700/3234复合质量损失率（TML）的大小是判断其材料采用热压罐成型：以1.5~3.0℃/能否作为航天材料使用的重要判据。min的速率升温至110~120℃后，施世界各国航天机构公认的TML小于加0.4~0.5MPa的压力，继续升温至1.00%一直被作为航天器材料的淘[11]125℃时保温1.0~1.5h,然后冷却至汰标准。由图3可知，T700/323460℃后卸模。制备的材料为单向复图1真空热循环试验设备复合材料和3234树脂浇铸体质损率合材料层合板，纤维的体积分数约为180℃，30min分别约为0.31%和0.85

6、%，完全符合20060%。同时，北京航空材料研究院还作为航天器使用材料的要求。在真150提供了3234树脂浇铸体，制备工艺-3空热循环的作用下，材料所吸附的10010Pa与复合材料相同。水分及材料制备时残留的微量有机502试验设备温度/℃溶剂会逐渐挥发导致材料发生质量0真空热循环试验所用的设备由损失。质损率趋于平缓时，树脂浇-50赛普斯天宇试验设备（成都）有限公-60℃，30min铸体的质损率与复合材料质损率的-100司生产，型号为GZKD-01，如图1所0306090120150180比值约为2.7。复合材料的质损率示。该设备由加热系统、真空系统、时间/min要远小于环氧树脂的质

7、损率，表明图2真空热循环温度与时间的关系曲线压缩机制冷系统、液氮制冷系统及自T700/3234复合材料中纤维的存在与动控制系统组成，可模拟飞行器在T16779-2008），利用MTSLandmark界面的吸附效应使水分和有机溶剂轨道运行期间所经历的高真空及冷万能材料试验机对单向T700/3234分子更难析出。热交变循环的环境。工作室内热循复合材料进行拉-拉疲劳性能试验，1.0环温度可在-180~200℃之间连续变本试验选取静态拉伸强度的65%作-30.8化，真空度高于