湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响EI北大核心CSCD

采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA T_g)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。     

湿热环境下碳纤维增强乙烯基树脂复合材料长期力学性能

碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)因其耐腐蚀、轻质高强等特点被广泛应用于海洋环境,进而长期遭受湿热环境的考验。为了解湿热环境和极端温度对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料的影响,测试了湿热老化前后和不同温度下CFRP的压缩性能、面内剪切性能和层间剪切强度变化。FTIR和SEM结果表明：纯树脂试样在湿热环境中发生了水解,使试样表面的微裂纹和孔隙不断扩展并向试样内部渗透;碳纤维的埋入抑制了水的扩散和水解,因而CFRP的吸湿曲线与Fickian模型高度吻合;纯树脂由于水解反应影响了吸湿通道使吸湿曲线偏离Fickian模型。力学性能表明：湿热老化90天后压缩强度和层间剪切强度分别降低7.6%、12.3%;试样在高温(70℃)下的压缩强度、面内剪切强度、层间剪切强度分别急剧降低36.2%、26.9%、37.4%,且高温对试样力学性能的影响具有部分可逆性。     

循环湿热环境下碳纤维复合材料界面性能

为研究循环湿热环境对CCF300/5405复合材料体系界面性能的影响,首先对该体系循环吸湿—脱湿行为进行研究,其次分析湿热环境下层间剪切强度的变化,最后采用扫描电镜观察纤维/基体界面的微观形貌.研究结果表明:CCF300/5405体系吸湿处理后,纤维与基体间界面遭到水分破坏,产生大量空隙和裂纹,使得水分的扩散速率明显增加,吸湿率增大,且这种破坏不可逆;吸湿之后材料层间剪切强度下降,烘干之后可以恢复到近于自然干态水平;相对于水分对复合材料的不可逆破坏,可逆破坏对层间剪切强度值减小的贡献更大.     

碳纤维织物布层压复合材料湿热环境疲劳后剩余压缩强度

为了研究湿热环境对碳纤维织物布层压复合材料疲劳性能的影响,开展了碳纤维织物布含中心孔层压板疲劳试验和剩余压缩强度试验,并为湿热环境拉-压疲劳试验自行设计了湿热环境试验箱。参照ASTM标准设计加工了疲劳试验夹具和压缩试验夹具,分别在标准环境条件(温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%RH),湿热环境条件(温度(70±2)℃、相对湿度(85±5)% RH)下对试件进行拉-压疲劳试验,之后分别进行了剩余压缩强度试验。以标准环境疲劳试验件的剩余压缩强度为基准值,对比湿热环境疲劳试验件的破坏载荷对应的极限压缩强度,计算其与基准值的差值。通过试验结果对比,得到湿热环境下试验件疲劳后剩余压缩强度下降了14%,该湿热环境对载荷谱下的碳纤维织物布层压复合材料试验件疲劳后剩余压缩强度影响较小。      

取代脲促进剂的选用对碳纤维／环氧—双氰胺复合材料湿热性能的影响

讨论了四种取代脲促进剂对碳纤维－环氧／双氰胺体系的弯曲强度，弯曲模量，层间剪切强度的影响，指出了选用Ｍ型促进剂可使复合材料相对于其它三种有更加优越的干，湿态力学性能，同时该复合材料在饱和吸湿率下８０℃测试时，其层剪强度仍有相当的保持率，因此可推荐Ｍ型促进剂作为中温固化耐湿热型环氧基复合材料的基本组份。     

湿热环境下Carbon/Epoxy复合材料层合板动态压缩性能

随着纤维增强复合材料的广泛应用, 研究其在湿热环境下的动态力学性能具有重要的理论研究意义与工程应用价值。首先对碳纤维增强环氧树脂基(Carbon/Epoxy)复合材料层合板试件进行了湿热处理, 其后采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术开展了干/湿态试件高应变率压缩实验并对实验结果进行分析。结果表明: 材料脱(吸)湿过程呈现出两段式特点, 存在二次脱(吸)水现象; Carbon/Epoxy复合材料层合板的强度在垂直铺层方向具有显著的应变率敏感性, 随着应变率从1 500 s-1增加至6 000 s-1, 其强度增加近3倍, 与此同时应变率对其弹性模量的影响却非常微弱; 此外, 湿热处理有助于提升该材料的动态力学性能, 经20 d吸湿后材料动态强度有最大12.45%的增幅, 吸湿使得材料动态强度的上升在应变率较低时比较明显。      

湿热环境对抽油杆CF/VE拉挤复合材料的影响

研究了95℃蒸馏水环境中油田抽油杆用碳纤维/乙烯基酯树脂(CF/VE)拉挤复合材料的吸湿特性,以及材料的力学性能和动态热机械性能的变化,并观察了湿热老化前后该复合材料的表面和断口形貌。结果表明,CF/VE拉挤复合材料的吸湿行为符合菲克第二定律,材料的平衡含湿量M_m约为1.046％,水分在复合材料中的扩散系数约为2.233×10-6 mm2/s;复合材料的性能下降趋势与吸湿率的增加趋势相对应,浸泡1176 h后,弯曲强度和层间剪切强度的最终保留率分别约为49％和54％;DMTA及SEM结果表明,湿热环境导致该复合材料发生基体溶胀、塑化和界面脱粘,引起基体和界面形貌的变化,但未发生化学老化。      

湿热环境对7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧复合材料典型力学性能的影响

采用7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧织物预浸料和中温固化工艺制造了复合材料单向层压板试验件。将试验件分为3组,分别对应低温干态（CTD）、室温干态（RTD）和高温湿态（ETW）3种试验环境条件。在这3种试验环境条件下,分别测试了复合材料单向层压板的拉伸、压缩、剪切、孔挤压和拉脱等力学性能。并在试验中适当考虑了复合材料经向和纬向力学性能差异、是否含缺口和是否含冲击损伤等情况。根据试验结果,研究了湿热环境对7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧复合材料单向层压板典型力学性能的影响。研究表明：以RTD条件为基准,各项强度性能在CTD条件下均上升,而在ETW条件下均下降。其中,在ETW条件下,拉伸强度下降18%~25%,压缩强度下降10%~40%,剪切强度下降30%~50%,孔挤压强度下降约20%,拉脱强度下降接近30%;拉伸和压缩弹性模量受温度和吸湿条件影响较小,均在10%左右或以内;而泊松比和剪切弹性模量则受温度和吸湿条件影响很大,两者在ETW条件下的性能比在RTD条件下的性能分别下降约30%和50%。     

湿热环境对树脂基复合材料性能影响的分析

从试验和理论两方面对复合材料湿热性能的研究工作进行了分析和总结。湿热环境对复合材料的影响主要有两方面:一是组分材料的性能随着温度和湿度变化而改变;二是湿热环境会造成材料内部应力状态的变化。根据试验得到不同湿热环境下复合材料力学性能的变化规律,发现湿热对树脂基体的影响尤为严重,工程应用设计中应根据使用环境合理选择树脂种类。在理论研究方面,大多都基于上述两方面的影响建立湿热分析模型,模型中的假设条件和简化较多,因而具有各种各样的局限性,还需进一步研究并建立多尺度的湿/热/力多物理场数值模型。     

湿热环境下复合材料层板的几何非线性分析

根据Reddy的高阶剪切变形理论,在应力应变本构关系中考虑湿热环境的影响,用虚位移原理推导出以位移形式表达的复合材料层板的几何非线性控制方程及相应的边界条件.选定的边界条件为弹性转动约束.选择不同的弹性转动系数,可以得到介于简支到固支之间的不同边界条件.假设材料的物性参数不随湿热环境而变化.用Galerkin方法求解控制方程.数值结果所用的边界条件为四边固支.最后讨论了温度和湿度、长厚比、长宽比和铺层数等各种参数变化的影响.计算和分析的结果均表明温度的升高对层合板的弯曲产生非常不利的影响;而加湿对层合板的弯曲影响是非常有限的.在其它几何条件不变的情况下,增加铺层数,不仅能降低挠度,也能明显地降低弯矩或弯曲应力.     

T700/5224复合材料在湿热环境和化学介质中的老化行为

研究T700/5224复合材料在湿热环境和15#液压油、4010#合成航空润滑油、RP-3航空煤油和AHC-1水基型清洗剂4种飞机上常用的化学介质中的老化行为、实验不同时间后的吸湿量及力学性能。采用红外光谱(IR)和动态力学(DMA)分析T700/5224复合材料在介质老化过程中的化学变化和玻璃化转变温度Tg。结果表明:在80℃-85%RH的湿热环境中实验1000h后吸湿量为1.05%,在80℃-100%RH的湿热环境中实验1000h后的吸湿量为1.35%;T700/5224复合材料湿热老化后,剪切性能随老化时间变化不大,弯曲性能下降较大,开孔拉伸性能变化较大,但总体上并没有降低,而开孔压缩性能一直缓慢下降。介质老化对T700/5224复合材料的力学性能影响不大,AHC-1水基型清洗剂对其影响大于其他3种介质,T700/5224复合材料在AHC-1水基型清洗剂中浸泡45天后其玻璃转变温度Tg下降10℃。     

湿热老化对APMOC纤维拉伸性能的影响

通过湿热老化试验,研究了APMOC纤维吸湿性能、拉伸强度、断裂延长率以及弹性模量随老化时间的变化。结果表明:经湿热老化后,APMOC纤维的吸湿特性符合Fick第二定律,拉伸强度、断裂延伸率呈明显下降趋势。利用扫描电镜(SEM)对拉伸断口进行了分析,发现湿热老化前期,湿热对APMOC纤维主要是增塑作用,后期主要是脆化作用。对不同湿热条件进行比较,80℃、相对湿度85%时,APMOC纤维性能变化更为显著。     

湿热循环对CCF300/QY8911复合材料界面性能的影响

通过对CCF300/QY8911复合材料试样进行循环吸湿-脱湿处理,绘制吸湿和脱湿曲线并用Fick第二定律进行拟合,采用层间剪切强度(ILSS)表征不同湿热条件对纤维/树脂界面性能的影响,再通过SEM观察试样剖面和侧面的微观形貌.结果表明:CCF300/QY8911复合材料的吸湿和脱湿行为符合Fick第二定律,试样水浸(水温71℃)14天后达到饱和吸湿率;水对CCF300/QY8911复合材料纤维/树脂界面的破坏分为可逆和不可逆,脱湿处理会消除可逆破坏,使干态ILSS有所回复;湿热循环次数增加会进一步引起纤维/树脂界面产生不可逆破坏,使CCF300/QY8911复合材料ILSS降低,但吸湿是引     

复合材料层合板拉压和面内剪切性能的分散性实验研究

针对纤维增强T300/QY8911复合材料层合板进行大子样纵向拉伸、压缩实验和面内剪切实验,得到了材料拉伸、压缩、面内剪切的主要力学性能参数.研究纤维增强复合材料的刚度和强度特性,发现纵向拉压以及面内剪切应力-应变曲线都几乎为直线,具有脆性破坏的特点.并且利用统计学原理对实验结果进行统计分析,研究各力学性能参数的分布特性,结果表明:三参数威布尔分布、正态分布、对数正态分布能较好地描述各力学性能参数的分布规律,最后给出复合材料层合板拉、压、剪切性能的分散性参数.     

不同上浆剂的国产碳纤维复合材料湿热性能研究

通过对表面包覆不同上浆剂的国产碳纤维制备的双马树脂基复合材料在71℃水浸前后的吸湿量、层间剪切性能、弯曲性能、破环模式以及破坏断口的SEM照片进行比较,研究了上浆剂对复合材料湿热性能的影响,同时与T300制备的同种树脂基复合材料的相关性能进行了比较.研究发现,不同性能的上浆剂对复合材料的湿热性能有明显影响,目前国产上浆剂的性能与T300表面上浆剂的水平还有些差距.     

湿热循环对Nomex蜂窝/环氧树脂夹层复合材料性能的影响

通过对Nomex/环氧树脂夹层复合材料1(1号材料)和Nomex/环氧树脂夹层复合材料2(2号材料)进行7天和14天湿热循环,测定了其吸湿、脱湿曲线,实验结果表明,1号材料的饱和吸湿率和水分保持率均低于2号材料,1号材料具有更好的耐湿热性,分别对循环前后的材料进行力学性能和介电性能测试.结果表明,湿热循环对材料的剪切性能造成较大影响,其中对2号材料的影响尤为显著,1号材料的力学性能保持能力大于2号材料;同时,还讨论了湿热循环前后两种材料的介电常数和损耗角正切的变化情况.     

湿热环境对航空复合材料加筋板压缩屈曲和后屈曲性能的影响

使航空复合材料加筋板在湿热环境中(70°C、水浴)达到吸湿饱和状态,对普通加筋板(A型)和吸湿饱和加筋板(B型)进行压缩实验。两类加筋板的破坏形貌相似,主要是筋条的断裂、脱粘和壁板的分层、撕裂,但破坏位置显著不同,A型加筋板的破坏位置均在加筋板中部附近,而B型分别在靠近两端的部位破坏,表明B型加筋板的破坏位置具有不确定性。两类加筋板的屈曲形式均为筋条间壁板的屈曲和中间2根筋条的屈曲,但两类加筋板相同位置的失稳壁板的弯曲方向相反,说明湿热环境对失稳壁板的弯曲方向影响较大。B型加筋板在压缩载荷下仍存在后屈曲过程,湿热环境对加筋板的屈曲载荷影响较小,对破坏载荷影响较大,较A型加筋板相比两者分别下降了3.1%和22.2%。     

乙烯基酯树脂及其炭纤维复合材料的湿热老化行为

结合乙烯基酯树脂(VE)浇注体在65℃和95℃蒸馏水中的湿热老化行为,对其炭纤维复合材料(CF/VE)的吸湿性、静态和动态力学性能进行了对比分析。结果表明,根据VE浇注体的吸湿特性,可将其复合材料的吸湿过程划分为基体吸湿为主和界面吸湿为主的两阶段;VE浇注体与其复合材料的弯曲强度的下降趋势一致,均与吸湿率的增加趋势相对应,但VE浇注体的弯曲模量下降较复合材料明显;VE浇注体及其复合材料玻璃化转变温度(Tg)的变化均随时间的延长而降低,并随吸湿达饱和而保持在一定值,但两者内耗峰的变化趋势刚好相反。     

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.