熱氧老化對三維四向編織碳-環(huán)氧復合材料耐久性的影響.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、碳纖維增強聚合物基復合材料因具有高的比強度與比剛度,被廣泛用來制造航空航天結(jié)構(gòu)件。然而,碳纖維增強聚合物基復合材料在熱氧環(huán)境下基體樹脂會發(fā)生氧化降解,造成基體和纖維/基體界面性能下降,縮短材料的使用壽命。
  本文研究了三維四向編織預制件和平紋碳布疊層這兩種不同增強體結(jié)構(gòu)增強的碳纖維/環(huán)氧復合材料在接近(80℃、100℃、120℃)和超過(140℃)基體樹脂玻璃環(huán)轉(zhuǎn)變溫度(120℃)下老化168、360、720和1200h后的失重

2、、導熱、振動、彎曲、剪切、沖擊等性能,結(jié)果表明三維四向編織碳/環(huán)氧復合材料(三維編織復合材料)上述性能的保留率都大于層合平紋碳布/環(huán)氧復合材料(層合復合材料)。這是由兩者的增強體結(jié)構(gòu)不同所導致的:一方面,層合復合材料試樣中纖維末端暴露于空氣中的面積大于三維編織復合材料,導致層合復合材料纖維/基體界面氧化失重大于三維編織復合材料;另一方面,三維編織復合材料的這種整體結(jié)構(gòu)在長時間熱氧老化導致基體性能和界面結(jié)合力下降的情況下也能夠使所有纖維共

3、同承擔外部載荷,而不會像層合復合材料一樣發(fā)生分層破壞。
  采用液相沉積法在碳纖維表面沉積了石墨烯制備了三維四向編織碳/石墨烯/環(huán)氧復合材料。石墨烯的引入使得三維四向編織碳/石墨烯/環(huán)氧復合材料界面相中形成了一個粘結(jié)性能好、減少熱應(yīng)力集中的梯度界面層(導熱系數(shù)低于碳纖維而高于環(huán)氧樹脂),該界面層可以有效的減緩界面的熱氧破壞,提高了三維四向編織碳/環(huán)氧復合材料的熱氧穩(wěn)定性。
  本文從隨機過程的角度建立了碳纖維增強聚合物基復合

4、材料性能與老化時間的“隨機過程模型”,并對這一模型進行了改進建立了“改進型隨機過程模型”而后與類Arrhenius方程結(jié)合建立了性能—時間—溫度的三元非線性模型。利用該三元模型,以彎曲強度為老化性能的評定指標,估算了彎曲強度保留率為0.7時三維四向編織碳/環(huán)氧復合材料和層合平紋碳布/環(huán)氧復合材料的室溫(298K)貯存壽命的下限值為分別為39.86年和29.45年,并對上述貯存壽命的可靠性進行了檢驗,結(jié)果為39.86年的可靠度為0.999

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