許 良，費(fèi)昺強(qiáng)，馬少華，回 麗,2，黃國(guó)棟

(1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110136；2.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110136)

2016-06-27；

2016-08-31。

遼寧省教育廳項(xiàng)目(L201611)。

許良(1965—)，男，教授，主要從事航空材料與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的研究E-mailsimxu@126.com

回麗(1965—)，女，教授，主要從事航空材料與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的研究。E-mail:syhuili@126.com

循環(huán)吸濕對(duì)炭纖維復(fù)合材料界面性能的影響

許 良1，費(fèi)昺強(qiáng)1，馬少華1，回 麗1,2，黃國(guó)棟1

(1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110136；
2.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110136)

通過(guò)對(duì)炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行70、85、100 ℃下的循環(huán)水浸吸濕試驗(yàn)，研究了復(fù)合材料在不同水浸溫度下的吸濕-脫濕行為規(guī)律。同時(shí)，對(duì)循環(huán)吸濕-脫濕過(guò)程中的試樣進(jìn)行層間剪切強(qiáng)度測(cè)試和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，并結(jié)合掃描電鏡觀(guān)察循環(huán)吸濕各個(gè)階段的纖維基體結(jié)合狀態(tài)。結(jié)果表明，水浸溫度越高,水分的擴(kuò)散速率越快，飽和吸濕率越大。經(jīng)過(guò)循環(huán)吸濕后復(fù)合材料的吸濕行為仍滿(mǎn)足Fick第二定律，吸濕后層間剪切強(qiáng)度下降，濕熱循環(huán)次數(shù)越多下降的越明顯。脫濕后層間剪切強(qiáng)度有所恢復(fù)，水浸溫度越高造成的不可逆破壞越大，層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)的越少。干態(tài)時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為231 ℃，吸濕后下降了37 ℃。

炭纖維環(huán)氧復(fù)合材料；吸濕-脫濕行為；層間剪切強(qiáng)度；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

0 引言

層間剪切強(qiáng)度作為一種典型的宏觀(guān)測(cè)試方法可用來(lái)表征纖維和基體的結(jié)合情況。本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，研究其不同水浸溫度下的循環(huán)吸濕-脫濕行為，通過(guò)室溫和高溫下的層間剪切測(cè)試，探討了循環(huán)吸濕-脫濕處理和高溫對(duì)炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣材料

本文采用國(guó)產(chǎn)T700/QY9611炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維體積含量60%，熱壓罐工藝制備，固化工藝為：室溫下抽真空—升溫至125 ℃保溫1 h—185 ℃保溫1 h—200 ℃保溫5 h。單層厚度0.125 mm，鋪層方式為[0]24，試樣尺寸為18 mm×6 mm×3 mm。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

吸濕前，先將試樣放置于70 ℃的DHG—9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)去除水分至工程干態(tài)，并記錄干態(tài)試樣的質(zhì)量(記為W0)作為吸濕過(guò)程的基準(zhǔn)質(zhì)量。然后將試樣分別放在70、85、100 ℃的LHS-100CH恒溫恒濕箱中進(jìn)行水浸吸濕實(shí)驗(yàn)。為提高最終擬合的吸濕曲線(xiàn)的準(zhǔn)確性，吸濕開(kāi)始時(shí)，每隔1 h將試樣從水浴中取出，擦干試樣表面水分后用ALC-210.4電子天平稱(chēng)其質(zhì)量，吸濕一段時(shí)間后，每隔12 h測(cè)一次質(zhì)量，并記錄測(cè)量結(jié)果為Wt，精確到0.1 mg。測(cè)完質(zhì)量后，將試樣迅速放回恒溫水浴槽內(nèi)繼續(xù)吸濕。吸濕率可參照ASTM D 5229/D 5229M—14 標(biāo)準(zhǔn)[14]，按式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中Mt為t時(shí)刻試樣的吸濕率，%；Wt為t時(shí)刻試樣的質(zhì)量，g；W0為吸濕前試樣的質(zhì)量，g。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期吸濕后，當(dāng)連續(xù)2次稱(chēng)重的平均吸濕量的變化小于0.01%時(shí)，則認(rèn)為材料達(dá)到有效的吸濕平衡，記下有效平衡吸濕量Mm。試件達(dá)到有效吸濕平衡后，對(duì)試件進(jìn)行脫濕處理，將試樣放在85 ℃的干燥箱中烘干，與吸濕一樣，每隔一段時(shí)間取出試樣稱(chēng)重并記錄數(shù)據(jù)，直到質(zhì)量恒定為止。然后，將試樣按照上述步驟進(jìn)行第二次吸濕-脫濕處理，測(cè)量并記錄吸濕-脫濕過(guò)程中試樣的質(zhì)量，每次測(cè)量結(jié)果取6個(gè)試樣的平均值，最后計(jì)算得出材料的吸濕率。

在循環(huán)吸濕-脫濕處理的過(guò)程中，在Instron試驗(yàn)機(jī)上按照ASTM D 2344/D2344M—13標(biāo)準(zhǔn)[15]，對(duì)循環(huán)吸濕-脫濕的試樣分別進(jìn)行室溫和高溫(150 ℃)狀態(tài)下的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試，加載速率為1 mm/min，測(cè)試結(jié)果為6個(gè)試樣的平均值。用掃描電鏡觀(guān)察經(jīng)過(guò)層間剪切強(qiáng)度測(cè)試后的試樣的斷口形貌和纖維/基體結(jié)合狀態(tài)。紅外光譜分析采用全反射法在SPECTRUM 100型傅里葉變換紅外光譜儀上進(jìn)行。采用DMA Q800型動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析儀，參照ASTM D7028/D7028—07標(biāo)準(zhǔn)[16]對(duì)吸濕前后的試樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析，單懸臂梁加載，頻率為1 Hz，升溫速率為5 ℃/min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期吸濕規(guī)律研究

一般情況下，樹(shù)脂基復(fù)合材料的吸濕行為都遵循Fick第二定律[17]：

(2)

式中c為擴(kuò)散濃度；x為平板厚度；t為時(shí)間；D為擴(kuò)散系數(shù)。

由式(2)可推導(dǎo)出，吸濕過(guò)后，復(fù)合材料的吸濕率滿(mǎn)足下面方程：

Mt=G(M∞-Mi)+Mi

(3)

式中Mi為試樣初始水分含量；M∞為達(dá)到飽和吸濕時(shí)的水分含量；G為一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的參數(shù)。

G由式(4)給出：

(4)

根據(jù)式(3)，若試樣的厚度b已知，就可得到G。此時(shí)，G可通過(guò)下面方程近似得出：

(5)

結(jié)合式(3)和式(5)，其中試樣的初始水分含量Mi=0，可得：

(6)

(7)

根據(jù)上述Fick定律推導(dǎo)式，對(duì)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到該復(fù)合材料在不同的恒溫水浸過(guò)程中吸濕率Mt隨時(shí)間的平方根t1/2的變化曲線(xiàn)，如圖1所示。

從圖1可看出，在剛開(kāi)始吸濕的一段時(shí)間內(nèi)，吸濕率Mt隨時(shí)間的平方根t1/2呈線(xiàn)性增加，且水浸溫度越高，線(xiàn)性部分斜率越大，隨著吸濕的進(jìn)行，曲線(xiàn)逐漸趨于平穩(wěn)，最終達(dá)到一個(gè)近似水平位置。這是因?yàn)樵谖鼭耖_(kāi)始階段，由于樹(shù)脂基體本身的吸水，再加上復(fù)合材料自身存在的微裂紋、孔隙等缺陷，在溫濕度的共同作用下，水分子快速的在該復(fù)合材料內(nèi)部擴(kuò)散，曲線(xiàn)的斜率較大，且水浸溫度越高，吸濕速率越快，因此線(xiàn)性部分斜率越大。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的吸濕后，吸濕速率逐漸變慢，100 ℃水浸試樣的吸濕速率先趨于平衡，85 ℃次之，70 ℃水浸試樣的吸濕速率最后趨于平衡，其平衡時(shí)的飽和吸濕率分別為1.18%、1.14%、0.95%。

2.2 循環(huán)吸濕-脫濕規(guī)律研究

根據(jù)Fick定律推導(dǎo)式(6)，分別對(duì)三種不同溫度下循環(huán)吸濕的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖2所示。

從圖2可看出，經(jīng)過(guò)循環(huán)吸濕-脫濕處理后，該復(fù)合材料的吸濕行為仍然滿(mǎn)足Fick定律。另外，還可發(fā)現(xiàn)第二次循環(huán)吸濕過(guò)程中，水分的擴(kuò)散速率明顯大于第一次，其飽和吸濕率也略有增加，且達(dá)到平衡所用的時(shí)間少于第一次吸濕，且水浸溫度越高，這種趨勢(shì)越明顯。這表明該復(fù)合材料隨循環(huán)吸濕次數(shù)的增加，吸濕速率和飽和吸濕率也會(huì)相應(yīng)的增加。相關(guān)研究結(jié)果表明[18]，在吸濕過(guò)程中，水分會(huì)對(duì)復(fù)合材料的樹(shù)脂和纖維/基體界面造成破壞，而這種破壞可分為可逆和不可逆。樹(shù)脂的溶脹和塑化是可逆的，其化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，各項(xiàng)性能會(huì)在復(fù)合材料脫濕后得到恢復(fù)，而吸濕造成的基體開(kāi)裂和界面上的破壞，使復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生許多孔隙和裂紋是不可逆的，這些不可逆破壞不會(huì)因脫濕而得到恢復(fù)，其對(duì)材料的破壞是永久的。所以，隨著吸濕次數(shù)的增加，裂紋和孔隙也會(huì)增多，這些缺陷會(huì)為下次水分的進(jìn)入提供新的空間和路徑，從而使吸濕速率和吸濕量增加，吸濕所用的時(shí)間減少。

結(jié)合式(3)和式(5)取初始水分含量為M∞，脫濕結(jié)束后的水分含量為0，則可得到在脫濕過(guò)程中試樣內(nèi)部水分的保有率公式：

(8)

根據(jù)式(8)，分別對(duì)三種不同溫度下各次脫濕的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖3所示。

可發(fā)現(xiàn)，擬合曲線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符程度較好，說(shuō)明該復(fù)合材料在脫濕過(guò)程中也遵循Fick定律。從圖3可看出，第二次脫濕曲線(xiàn)的直線(xiàn)部分斜率較大，說(shuō)明第二次脫濕過(guò)程初期的脫濕速率大于第一次，且第二次脫濕所用的時(shí)間明顯小于第一次，這是因?yàn)榈诙挝鼭袼a(chǎn)生的新的孔隙和微裂紋等不可逆破壞為脫濕時(shí)水分的蒸發(fā)提供許多新的通道，從而使脫濕速率增加，所用時(shí)間減少。

2.3 紅外光譜分析

采用SPECTRUM 100型傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)循環(huán)吸濕-脫濕后的試樣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。從圖4中可發(fā)現(xiàn)，三種溫度下吸濕和烘干后的試樣與未吸濕干態(tài)試樣的紅外吸收光譜圖的峰位基本沒(méi)有變化，且沒(méi)有峰位的增加和減少，這說(shuō)明該復(fù)合材料吸濕過(guò)后沒(méi)有新物質(zhì)生成，也沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化。復(fù)合材料在濕熱環(huán)境下主要發(fā)生的是物理變化。

2.4 層間剪切性能分析

2.4.1 吸濕對(duì)層間剪切性能的影響

圖5所示為試樣經(jīng)過(guò)不同水浸溫度吸濕后的室溫層間剪切強(qiáng)度值。從圖5可看出，吸濕后試樣的層間剪切強(qiáng)度都低于自然干態(tài)下的值，第二次吸濕后的層間剪切強(qiáng)度值比第一次吸濕后下降更明顯，且相同循環(huán)吸濕次數(shù)下隨著水浸溫度的升高，層間剪切強(qiáng)度值也隨之下降。第二次循環(huán)吸濕后水浸溫度為100 ℃的試樣的層間剪切強(qiáng)度值下降的最多，下降至自然干態(tài)時(shí)的74.8%。這主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)循環(huán)吸濕后，水分進(jìn)入復(fù)合材料體系內(nèi)部，使纖維和樹(shù)脂界面上產(chǎn)生孔隙和微裂紋，造成不可逆破壞，且水浸溫度越高，造成的破壞越嚴(yán)重，層間剪切強(qiáng)度下降得越明顯。

2.4.2 脫濕對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響

2.3.4栽培后管理夏季高溫天氣?，F(xiàn)高溫相伴，天麻易發(fā)生病蟲(chóng)害，應(yīng)搭棚遮陰。隨時(shí)檢查，保持莖質(zhì)濕度約50%。在降雨量大的8～9月，適時(shí)蓋膜防雨，并疏通排水溝每年11～12月，栽培的天麻必須加蓋薄膜或干草，保溫防凍。栽培場(chǎng)地的四周，每隔2米打樁，將裁成60厘米寬的薄膜綁在樁上，用泥土將底邊蓋嚴(yán)實(shí)，可取得較好的效果。

圖6為烘干后試樣的室溫層間剪切強(qiáng)度值。

從圖6可看出，烘干后試樣的層間剪切強(qiáng)度都有所恢復(fù)，第二次烘干后的層間剪切強(qiáng)度值比第一次烘干后恢復(fù)的略少，且相同循環(huán)次數(shù)下水浸溫度越高，烘干后的層間剪切強(qiáng)度值恢復(fù)的程度也隨之下降。其中，70 ℃水浸下的第一次烘干試樣的層間剪切強(qiáng)度值恢復(fù)的最多，達(dá)到自然干態(tài)時(shí)的97.5%，100 ℃水浸下的第二次烘干試樣的層間剪切強(qiáng)度值恢復(fù)的最少，僅恢復(fù)至自然干態(tài)時(shí)的88.2%。這主要是因?yàn)槲鼭裨斐傻臉?shù)脂溶脹和塑化等可逆破壞在復(fù)合材料體系烘干后得到恢復(fù)，而由于吸濕所產(chǎn)生的微裂紋和界面破壞等不可逆破壞殘留在復(fù)合材料內(nèi)部，導(dǎo)致該復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度低于未吸濕干態(tài)下的值。這也表明了可逆破壞對(duì)層間剪切強(qiáng)度降低的影響要大于不可逆破壞，且水浸溫度越高，烘干后層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)得越低，同時(shí)也說(shuō)明了對(duì)材料體系造成的不可逆破壞越嚴(yán)重。

2.4.3 高溫對(duì)層間剪切性能的影響

對(duì)不同水浸溫度下的循環(huán)吸濕試樣，分別在室溫(23 ℃)和高溫(150 ℃)下測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，其結(jié)果如圖7所示。

從圖7(a)中可看出，濕態(tài)試樣的層間剪切強(qiáng)度值都低于自然干態(tài)，當(dāng)測(cè)試溫度為150 ℃時(shí)，試樣的層間剪切強(qiáng)度值顯著降低，且水浸溫度越高、濕熱循環(huán)次數(shù)越多，層間剪切強(qiáng)度下降得越多，其中第二次循環(huán)吸濕后，水浸溫度為100 ℃下濕態(tài)試樣的高溫層間剪切強(qiáng)度下降最多，僅為自然干態(tài)時(shí)的41.8%。從圖7(b)可看出，脫濕后試樣的層間剪切強(qiáng)度值都有所恢復(fù)，當(dāng)測(cè)試溫度為23 ℃時(shí)，干態(tài)試樣的層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)至接近自然干態(tài)，而在150 ℃下測(cè)試時(shí)，試樣的層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)的較少，且隨著水浸溫度的升高、濕熱循環(huán)次的增多，層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)的越少，水浸溫度為100 ℃下的試樣在第二次脫濕后，高溫層間剪切強(qiáng)度僅恢復(fù)至自然干態(tài)時(shí)的79.7%。這表明水浸溫度和濕熱循環(huán)次數(shù)的增加，會(huì)進(jìn)一步加重纖維和樹(shù)脂界面的不可逆破壞，這與從吸濕曲線(xiàn)分析得到的結(jié)論相吻合。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)[19-20]，高溫所引起的熱應(yīng)力會(huì)破壞復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使材料內(nèi)部缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展，而高溫潮濕的環(huán)境則會(huì)使體系內(nèi)部的不可逆破壞更加嚴(yán)重。因此，高溫濕態(tài)試樣的層間剪切強(qiáng)度下降得最多，烘干后恢復(fù)的最少。

2.5 纖維/基體界面狀態(tài)分析

用SEM觀(guān)察烘干后試樣破壞的微觀(guān)形貌如圖10所示。比較圖9和圖10可發(fā)現(xiàn)，烘干后纖維與基體界面間的脫粘和產(chǎn)生的裂紋等缺陷仍然存在，且相同循環(huán)次數(shù)以及相同水浸溫度下，試樣烘干后的纖維與基體界面間的破壞程度與烘干前相近，這說(shuō)明了因吸濕溶脹造成的界面脫粘和產(chǎn)生的裂紋對(duì)復(fù)合材料的破壞是不可逆的。這與循環(huán)吸濕后層間剪切強(qiáng)度顯著下降相符。

2.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)分析

圖11為該復(fù)合材料干態(tài)、濕態(tài)和脫濕后的DMA曲線(xiàn)，其測(cè)試頻率為1 Hz。從圖11(a)可看出，干態(tài)試樣的損耗因子玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tt(tanδ)為231 ℃，當(dāng)使用時(shí)的環(huán)境溫度不高于231 ℃時(shí)，該復(fù)合材料表現(xiàn)為玻璃固態(tài)，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度。當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，該復(fù)合材料表現(xiàn)為高彈態(tài)，內(nèi)部官能團(tuán)開(kāi)始變得活躍，從而使材料發(fā)生軟化失去使用性能。此外，還可發(fā)現(xiàn)干態(tài)時(shí)的損耗因子峰較寬，這可能是由于復(fù)合材料在制造時(shí)未固化完全，內(nèi)部殘留少量的活性基團(tuán)，在測(cè)試過(guò)程中，隨著溫度的升高，發(fā)生了后固化反應(yīng)，致使損耗因子峰變寬。從圖11(b)可看出，濕態(tài)試樣的損耗因子玻璃化轉(zhuǎn)變溫度出現(xiàn)2個(gè)峰值，這是由于界面相的分子鏈活性較差，其內(nèi)部樹(shù)脂的吸濕量較低，復(fù)合材料吸濕后，水分優(yōu)先進(jìn)入主體樹(shù)脂內(nèi)部，而后進(jìn)入界面相的樹(shù)脂。水分進(jìn)入的先后順序不同導(dǎo)致了不同區(qū)域內(nèi)的分子鏈的活性出現(xiàn)差異，隨著這種差異的不斷增大，就會(huì)出現(xiàn)圖中所示的2個(gè)損耗因子玻璃化轉(zhuǎn)變溫度峰。其中，主體樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為194 ℃，另一個(gè)是界面相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為259 ℃[23-24]。從圖11(c)可看出，烘干后試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為230 ℃，與干態(tài)時(shí)的基本相同。這說(shuō)明烘干后復(fù)合材料體系內(nèi)部由于吸濕而導(dǎo)致的樹(shù)脂溶脹和塑化得到了恢復(fù)。

有關(guān)研究表明[25]，復(fù)合材料在使用過(guò)程中的溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，就已基本上從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，此時(shí)材料的模量已經(jīng)下降到了最低點(diǎn)，對(duì)于用在實(shí)際工程中承力結(jié)構(gòu)上的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不能滿(mǎn)足工程的需求。因此，不能用損耗因子值來(lái)衡量復(fù)合材料的耐濕熱性能，而DMA圖譜中儲(chǔ)能模量開(kāi)始明顯下降時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度可認(rèn)為是在承力條件下的極限使用溫度。從圖11可看出，干態(tài)時(shí)材料的儲(chǔ)能模量在溫度大于183 ℃時(shí)開(kāi)始明顯下降，在這個(gè)溫度下，材料不能長(zhǎng)期使用。吸濕后由于水分的進(jìn)入，使材料體系內(nèi)部基體發(fā)生溶脹和塑化，降低了纖維與基體間界面性能，導(dǎo)致材料的儲(chǔ)能模量開(kāi)始顯著下降的溫度約為142 ℃，比干態(tài)時(shí)降低了41 ℃。烘干后發(fā)生溶脹和塑化的樹(shù)脂基體得到恢復(fù)，儲(chǔ)能模量下降時(shí)的溫度與干態(tài)時(shí)基本一致，為182 ℃。而吸濕后的復(fù)合材料在使用時(shí)超過(guò)某一溫度其力學(xué)性能會(huì)顯著下降，這個(gè)溫度叫做該復(fù)合材料的最高使用溫度。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明[26]，復(fù)合材料的最高使用溫度為損耗因子值減去一個(gè)溫度裕度，雙馬樹(shù)脂基體復(fù)合材料一般為50 ℃。因此吸濕后，該復(fù)合材料的最高使用溫度為144 ℃。

3 結(jié)論

(1)該復(fù)合材料在吸濕和脫濕過(guò)程中均滿(mǎn)足Fick第二定律，且隨著水浸溫度升高飽和吸濕率也增高。

(2)吸濕后復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度不同程度下降，水浸溫度越高，濕熱循環(huán)次數(shù)越多，強(qiáng)度下降得越多；烘干后的層間剪切強(qiáng)度有所恢復(fù)，水浸溫度越高造成的不可逆破壞越大，層間剪切強(qiáng)度恢復(fù)得越少。

(3)干態(tài)下試樣的纖維與基體界面結(jié)合良好。吸濕后發(fā)生樹(shù)脂脫落，水浸溫度升高，樹(shù)脂脫落的更嚴(yán)重；第二次循環(huán)吸濕后會(huì)在層間產(chǎn)生裂紋。試樣烘干后樹(shù)脂的溶脹和塑化得到恢復(fù)，對(duì)界面造成的不可逆破壞仍殘留在復(fù)合材料體系中。

(4)該復(fù)合材料干態(tài)時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為231 ℃，極限耐熱溫度為183 ℃；濕態(tài)時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降了37 ℃，而極限耐熱溫度下降了41 ℃；烘干后的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和極限耐熱溫度基本恢復(fù)至干態(tài)時(shí)的值。當(dāng)用在實(shí)際承力結(jié)構(gòu)中時(shí)，用DMA圖譜中儲(chǔ)能模量明顯下降時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度來(lái)衡量復(fù)合材料的耐濕熱性能是較準(zhǔn)確的。

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Effectofcyclichygrothermalenvironmentontheinterfacialpropertyofcarbonfibercomposites

XU Liang1, FEI Bing-qiang1, MA Shao-hua1, HUI Li1,2, HUANG Guo-dong1

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136,China;2.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136,China)

Circulating water leaching moisture absorption test in 70, 85 and 100 ℃ on woven carbon fiber epoxy resin composite was carried out to analyze moisture absorption and desorption behaviors under different water temperatures. Meanwhile, the interlaminar shear strength and dynamic mechanical properties tests for the sample in the process of circulation hygroscopic were conducted. Combined with a Scanning Electron Microscope (SEM) technique, the fiber matrix junction status of various stages after hygroscopic damage was observed. The results show that the higher the water temperature is, the faster its diffusion rate is, and the greater the saturated moisture absorption rate is. After circulating moisture absorption, moisture absorption behavior of the composite materials still satisfy the Fick's second law, and inter laminar shear strength decreases after moisture absorption, and the more heat cycle goes, the more obvious inter laminar shear strength decreases. Inter laminar shear strength recover after dehumidifying. The higher the temperature is, the greater the irreversible damage caused by the water temperature is, resulting in the less recovery of inter laminar shear strength. The glass transition temperature of dry state is 231 ℃,and decreased 37 ℃ after moisture absorption.

carbon fiber reinforced composites；moisture absorption and desorption behavior；inter laminar shear strength；dynamic mechanical property

V258

A

1006-2793(2017)05-0639-08

10.7673/j.issn.1006-2793.2017.05.019

(編輯：薛永利)