濕熱環(huán)境下彎曲載荷對(duì)CFRP性能的影響.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱CFRP)由于其優(yōu)異的綜合性能而廣泛應(yīng)用于飛行器的主受力、次受力構(gòu)件及特殊部位的特殊功能件,但其力學(xué)性能也極易受環(huán)境因素和外載荷的影響,尤其是常見的濕熱循環(huán)環(huán)境和彎曲載荷作用。目前關(guān)于CFRP的濕熱性能研究多集中于單純的濕、熱或濕熱條件,而對(duì)于濕熱循環(huán)、彎曲載荷-濕-熱耦合作用下CFRP性能的研究尚少,因此研究濕熱環(huán)境下彎曲載荷對(duì)CFRP性能的影響具有重要意義。
　　本文主要研究了在恒溫恒濕、濕熱循環(huán)

2、兩種濕熱環(huán)境下,彎曲載荷對(duì)CFRP吸濕特性和擴(kuò)散機(jī)理、吸濕后靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能變化、脫濕特性及脫濕后力學(xué)性能保留率的影響,同時(shí)利用紅外光譜分析吸濕前后聚合物官能團(tuán)的變化,借助SEM和金相顯微鏡觀察以及DMA測(cè)試分析濕熱老化對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響及影響機(jī)制,并分別給出了濕熱老化、濕熱循環(huán)老化作用下復(fù)合材料的力學(xué)性能退化模型及預(yù)測(cè)方法。最后根據(jù)相應(yīng)的半經(jīng)驗(yàn)壽命預(yù)測(cè)模型,預(yù)估了CFRP在濕-熱、彎曲載荷-濕-熱作用下的使用壽命。
　　

3、試驗(yàn)研究表明,不同水平(0％、30%、60%)的彎曲載荷并沒有改變CFRP的兩階段吸濕曲線形狀和吸濕擴(kuò)散機(jī)制:彎曲載荷增大,材料的吸濕速率、平衡吸濕率相應(yīng)增加;Langmuir擴(kuò)散模型的擬合結(jié)果較Fick擴(kuò)散模型更貼近吸濕試驗(yàn)數(shù)據(jù),表明濕-熱、彎曲載荷-濕-熱兩種情況下材料中的水分均包括自由擴(kuò)散相和結(jié)合相兩部分。通過力學(xué)性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吸濕會(huì)造成CFRP力學(xué)性能的下降,彎曲載荷水平越高,下降越嚴(yán)重。紅外光譜分析表明兩種情況下材料均沒有發(fā)生水

4、解、斷裂等化學(xué)反應(yīng),化學(xué)老化不是造成材料性能下降的原因。SEM和金相顯微鏡觀察分析表明吸濕導(dǎo)致了復(fù)合材料中界面脫粘和基體微裂紋的出現(xiàn),彎曲載荷在一定程度上加劇了這兩種不可逆損傷。DMA測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)彎曲載荷會(huì)加劇吸濕造成的物理老化(增塑、溶脹)和機(jī)械老化(界面脫粘、基體開裂),但后固化作用可以忽略,并無不可逆的化學(xué)老化。濕熱循環(huán)下五種典型試樣(彎曲、壓縮、彎曲加載、開孔彎曲、沖擊試樣)的吸濕特性和力學(xué)性能變化表明,CFRP的吸濕歷程