湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响EI北大核心CSCD

采用层间剪切的测试方法,研究了湿热-高温循环老化对碳纤维双马树脂基复合材料界面性能的影响,分析了复合材料的质量变化过程以及不同循环老化次数下的层间性能、表面和断口形貌、动态力学性能及红外谱图。结果表明,随着湿热老化次数的增加,饱和吸湿率逐渐增大后又减小,但达到吸湿饱和所用时间逐渐缩短;随着高温老化次数的增加,老化前期的质量损失速率降低得不多,但最终的质量损失率有着小幅度的升高。湿热-高温循环老化导致了纤维与基体间的界面破坏,但层间剪切强度降低的幅度不大,有着较高的保持率。随着循环次数的增加,每次湿热老化后的Tg都较前一次有所升高,但在每次高温老化后的Tg都相差不大。高温老化在循环老化过程中起主导作用,期间发生了热老化效应和氧化反应。     

碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料固定吸湿量下的湿热性能。通过71℃水浸方法测得该型复合材料的饱和吸湿率仅为0.73%左右,选取吸湿率0.2%、0.4%、0.6%和饱和吸湿作为试验的固定吸湿量。每个固定吸湿量分别在室温和高温150℃环境下进行弯曲性能试验和层间剪切性能试验。并在Q800型动态力学热分析仪上进行动态力学性能试验。结果表明:随着复合材料的吸湿量持续增加,复合材料力学性能呈下降趋势;碳纤维/QY9611复合材料在干态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上;碳纤维/QY9611复合材料在湿态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;吸湿后其玻璃化转变温度Tg下降缓慢,极限使用温度可达132℃。     

尼龙无纺布增韧RTM复合材料的湿热老化性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了PNF层间增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),研究了U3160-PNF/3266复合材料的吸湿特性及湿热老化对其耐热性能的影响。结果表明:增韧前后复合材料具有相似的吸湿动力学特性,但在吸湿初期,U3160-PNF/3266复合材料具有更大的吸湿速率,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266复合材料的饱和吸湿率约为0.96%,略大于非增韧复合材料U3160/3266的0.87%。随着湿热老化时间的增加,两种复合材料的玻璃化转变温度均逐渐降低,并随着吸湿率的饱和而趋于平稳,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266和U3160/3266复合材料的玻璃化转变温度分别下降了约15%和14%。     

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,但吸湿是引起这种复合材料ILSS性能下降的主要因素。     

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.     

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

老化环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料性能的影响

不同老化环境(湿热、热水、热氧)对复合材料的性能有着重要的影响。文中分析了同一温度不同老化环境下T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的吸湿(湿热、热水)和失重(热氧)特性,并对比了老化前后的表面形貌、物理化学特性、动态力学性能及层间剪切性能。结果表明,在相同温度下,热氧环境下的失重率要大于湿热和热水环境下的吸湿率;随着老化时间延长,热氧环境下材料表面形貌变化相比湿热和热水环境变化较大;在70℃不同老化环境下,热氧环境下材料的玻璃化转变温度变化值要大于湿热和热水环境下的玻璃化转变温度变化值,说明热氧对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料基体的后固化作用大于吸湿对树脂基体的塑化作用,但材料化学官能团没有明显变化。与未老化相比,试样的最大破坏载荷和剪切强度在湿热和热水环境下降低,在热氧环境下升高,但差值不大。研究对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料结构件在更复杂环境下的使用和贮存具有重要的工程实际意义。     

循环湿热环境中CCF300/5405复合材料的吸湿脱湿行为

研究了CCF300碳纤维/5405双马树脂复合材料在71 ℃恒温水浸循环吸湿-脱湿行为。试样经过三次饱和吸湿-脱湿过程, 探讨不同循环次数CCF300/5405复合材料的吸湿率和水分扩散速率变化, 并采用SEM观察纤维/基体界面变化, 分析了造成循环湿热环境下复合材料体系吸湿-脱湿变化的原因。研究结果表明: CCF300/5405复合材料的吸湿行为基本满足Fick第二定律, 并且在水浸14天后达到饱和吸湿状态, 饱和吸湿率约为0.66%; 材料吸湿处理后, 纤维与基体间的界面遭到水分破坏, 产生大量空隙和裂纹, 使水分的扩散速率明显增加, 饱和吸湿率略有增大, 并且这种破坏不可逆。      

盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

采用中性盐雾条件模拟海洋大气环境进行加速老化试验, 评价玻璃纤维增强环氧改性酚醛树脂基复合材料( GFRP) 在海洋气候中的耐久性。通过该复合材料经盐雾老化后的质量变化和纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度的变化, 结合湿热老化机理, 研究其老化规律。结果表明, 随着老化时间的增加, 复合材料的吸湿量增加, 力学强度下降, 压缩和层间剪切曲线表现出塑性特征。吸湿最初阶段对力学性能影响最大, 纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度分别下降到56. 1 %、54. 7 %、54. 0 %、61. 0 %。其中拉伸强度变化趋势最稳定, 更适用于评价该复合材料的老化程度。      

不同湿热条件下碳纤维/环氧复合材料湿热性能实验研究

对比研究了环氧5228A树脂及碳纤维/环氧5228A树脂复合材料层合板在3种湿热环境(水煮、70℃水浸,70℃85%相对湿度)下的湿热性能,考察了湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律,并从吸湿特性、物理化学特性、树脂力学性能、湿应力等方面分析了不同湿热环境下复合材料性能衰减的机制。研究表明,碳纤维/高温固化环氧树脂复合材料层间剪切性能主要是由吸湿率决定,相同吸湿率不同湿热条件下性能的下降幅度基本相同;3种湿热条件下该树脂及其复合材料未发生化学反应、微裂纹等不可逆变化,复合材料层合板湿热老化机制主要是吸入水分后基体增塑和树脂、纤维湿应变不一致导致的湿应力对复合材料性能的负面作用。     

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℃。     

芳纶纤维吸湿行为的研究

研究了芳纶纤维吸湿行为并计算其扩散系数,同时研究了复合材料吸湿对其层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明:经等离子体处理后的芳纶纤维虽吸湿量增大,但由其制成的复合材料的层间剪切强度不是降低而是增加,而且浸水后复合材料的层间剪切强度下降百分率降低,尤其在较高温度下吸湿后的复合材料层间剪切强度下降百分率降低更明显.这是因为经等离子体处理后,界面引入化学键结合使界面粘接强度及抗水性能提高所致.     

孔隙率对碳纤维/环氧树脂复合材料层合板湿热性能的影响

针对某飞机上应用的典型铺层[(±45)4/(0,90)/(±45)2]S和[(±45)/(0,90)2/(±45)]S,研究了孔隙对碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板的吸湿行为和层间剪切强度的影响。采用不同的热压罐固化压力制备了不同孔隙率的试样。采用显微图像分析技术对孔隙率和孔隙的微观结构特征进行了详细的分析。研究结果表明:孔隙主要分布于层间,且随着孔隙率的增大,孔隙的尺寸增大;2种层合板的吸湿率和最大吸湿量随着孔隙率的增加而增加;湿热老化和未经湿热老化的层间剪切强度都随着孔隙率的增加而下降。铺层[(±45)4/(0,90)/(±45)2]S未经湿热和湿热后的层间剪切强度随着孔隙率增加分别下降6%(孔隙率:0.6%~6.3%)和9%(孔隙率:0.4%~7.0%);铺层[(±45)/(0,90)2/(±45)]S未经湿热和湿热后的层间剪切强度随着孔隙率增加分别下降14%(孔隙率:0.4%~6.9%)和7%(孔隙率:0.2%~8.9%)。     

不同湿热条件下碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料在3种不同湿热环境(水煮、70℃水浸、70℃下85%相对湿度)下的吸湿规律;考察不同湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律;在3种不同湿热环境下对复合材料进行定量吸湿,并测试定量吸湿下复合材料常温的层间剪切性能。结果表明:湿热环境越恶劣,平衡吸湿量越大,吸湿速率越快;3种湿热环境的吸湿过程中材料并没有发生化学变化;碳纤维/QY9611复合材料在湿态23℃和150℃层间剪切性能保持率分别在88%和70%以上;碳纤维/QY9611复合材料吸湿后层间剪切性能主要由吸湿率决定,不同湿热条件相同吸湿率下层间剪切性能的下降幅度基本相同。     

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。     

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

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。     

吸湿老化后碳纤维增强乙烯基脂树脂复合材料高低温力学性能

碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CFRP)是海洋和舰船工程领域广泛应用的结构材料，在复杂海洋环境和服役工况下，材料面临湿热和极端温度的考验。本文研究了树脂和CFRP在水浴过程中的质量和形貌变化及水浴吸湿后CFRP在3种测试温度下(-30℃、室温和70℃)的力学性能演变。FTIR和液相色谱-质谱联用实验结果表明乙烯基酯树脂在水浴过程中发生了水解，而吸湿后CFRP的微观形貌观察表明纤维-基体界面的存在会改变树脂基体的吸湿行为。低温、高温和水浴120天后室温测试环境下，CFRP的压缩强度相比未吸湿试样的室温初始强度，分别降低了27.4%、36.2%和32.8%；而低温环境下面内剪切强度提升了35%，高温环境下降低了27%，水浴120天后提升了7%，显示温度对CFRP面内剪切强度的影响大于湿热老化。此外，动态热力学性能测试显示初始阶段的吸湿会导致CFRP储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低，但后期储能模量和Tg会部分恢复。     

单纤维复合材料体系界面性能的实验研究与数值分析(英文)

针对微脱黏测试建立细观力学模型,通过模拟纤维从树脂微滴中的拔出过程评价炭纤维增强双马树脂基复合材料的界面性能。为了深入理解湿热环境对复合材料界面性能的影响,通过微脱黏方法测试不同湿热环境条件下炭纤维增强双马树脂基复合材料的界面剪切强度。结果表明,湿热老化会导致界面剪切强度下降,吸湿达到饱和后界面剪切强度也会趋于稳定。在实验的基础上,基于内聚力界面单元建立脱黏过程的数值模型以表征复合材料的界面特性,评价实验参数与界面特性的关系。微脱黏模型还为宏观力学性能的数值分析提供包括界面相在内的必要的实验参数。微脱黏测试的有限元分析表明刮刀夹持位置、热残余应力以及湿热条件均会对界面应力分布产生影响。