温度和湿度对碳纤维增强复合材料老化影响研究综述

碳纤维增强复合材料因其良好的力学、物理和化学性能，在多个工业领域获得了广泛应用。在工程应用中，关键结构的服役寿命和性能耐久性是一个不可忽视的问题。碳纤维增强复合材料通常以树脂为基体，而树脂易受环境影响发生老化，对复合材料的性能产生显著影响。本文首先介绍了环境温度对碳纤维增强复合材料性能的影响，并总结了水分扩散理论及常见的复合材料吸湿模型，然后整理了湿热耦合环境对碳纤维增强复合材料性能的影响效应，包括理论分析、试验方法以及有限元仿真等研究手段，最后讨论了碳纤维增强复合材料在湿热老化研究方面存在的问题和挑战，并对可行的研究方向进行了展望。     

RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。     

飞机服役环境当量加速腐蚀折算方法研究

文中依据飞机服役机场地面环境谱与腐蚀损伤等当量原则,建立了环境加速腐蚀当量折算关系,给出了飞机结构主要高强度铝合金材料的当量折算系数α及HR-α、T-α曲线。依据建立的当量折算关系编制的加速环境谱,对飞机铝合金构件进行加速腐蚀试验研究,得到了温度(T)、相对湿度(RH)对环境当量折算系数的影响规律,为飞机结构防腐控制及日历寿命研究提供了工程技术依据。     

碳纤维/钛超混杂复合材料老化性能研究

对碳纤维/钛超混杂复合材料CTIL-1在高温高湿的条件下进行加速老化试验，为了便于分析比较，同时列出了T300/648在相同老化条件下的拉伸、弯曲和层剪性能。在加速老化180d后，CTIL-1的拉伸、弯曲性能的保留率均在80%以上，层剪强度保留率也在60%以上，表明该材料有较好的老化性能。     

NY9200树脂基复合材料老化性能研究

通过对NY9200树脂基复合材料层压板的加速老化试验研究,用力学性能下降速率的当量关系,对NY9200树脂基复合材料进行日历寿命的预测。     

循环湿热老化对T700/TDE86碳纤维复合材料 层间断裂韧度的影响

对T700/TDE86碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的R曲线,且随着循环湿热老化天数的增加,裂纹初始扩展能量释放率(GIC,init)与裂纹稳态扩展能量释放率(GIC,prop)都获得了大幅提升;复合材料Ⅱ型层间断裂韧度随着循环湿热老化天数的增加,呈现阶梯状下降的趋势,而且在循环湿热老化前期,下降幅度最大,为21.68%。     

环氧乙烯基酯树脂耐环境老化性能研究

研究了环氧乙烯基酯树脂基体及其复合材料的耐环境老化性能,包括耐湿热性能、耐自然老化性能及耐紫外光老化性能。研究结果表明,环氧乙烯基酯树脂体系具有良好的力学性能、耐湿热性能,在环境老化及耐紫外光辐射老化试验中表现出一定的稳定性,且工艺操作简便,可以作为户外基础设施用复合材料。     

飞机座舱透明材料大气老化与使用老化当量关系的研究

根据 YB-3航空有机玻璃海南自然老化 1,2,3年后的疲劳寿命曲线和在东北沈阳 -鞍山地区飞行使用 5年后的疲劳寿命曲线,用疲劳强度降,建立了大气老化与使用老化两者的当量关系。并用 YB-2航空有机玻璃海南大气自然老化与南方飞行使用老化的数据,验证了建立的加速当量的正确性和准确性。     

热空气老化和热水老化对PC冲击性能的影响

在 40℃和 80℃环境中 ,分别对 Bayer- PC、Japan- PC、Korea- PC三种聚碳酸酯缺口冲击试样进行了热空气老化和热水老化实验研究。在 0～ 40 0 h老化时间内 ,研究了这三种 PC的热空气老化和热水老化对冲击强度和断面形貌的影响 ,讨论了 PC热空气老化和热水老化机理。结果表明 :老化前 ,Japan- PC、Korea- PC和 Bayer- PC冲击强度分别为 95k J/m2 、83k J/m2 和 55k J/m2 ;在 40℃和 80℃热空气老化后 ,三种 PC冲击强度均有所下降 ,其中 80℃热空气老化引起的降幅最大 ,热空气老化 40 0 h后的冲击强度顺序为 Japan- PC>Korea- PC>Bayer- PC,在 40℃热水老化后 ,三种 PC的冲击强度几乎不受老化时间影响 ;在 80℃热水老化后 ,三种 PC冲击强度均有所下降 ,其中 Bayer- PC降幅最小 ,Japan- PC次之 ,Korea- PC最大 ,但 PC的平衡冲击强度大小与热空气老化的情况相同。由扫描电镜对冲击断面形貌观察可知 ,未老化的三种 PC均以剪切屈服破坏机理为主 ,老化后的三种 PC主要以银纹集中破坏机理为主     

航空航天结构复合材料湿热老化机理的研究

通过研究T300／5405和T300／NT9200复合材料以及基体树脂5405和NY9200的浇注料在80℃水浸中的吸水动力学，红外光谱，动态力学性能和表达形态的变化，分析了复合材料的湿热老化机理，结果表明：在80℃水浸的加速湿热老化条件下，两种复合材料的老化机理主要是吸入水分对基体的塑化／溶胀作用以及因树脂与纤维湿膨胀的不匹配所产生的内应力引起的微观开裂。     

固化温度对苎麻纤维增强复合材料性能的影响

研究了固化温度对苎麻纤维增强复合材料力学性能的影响,同时对比研究了平纹苎麻织物、单向苎麻纤维和单向玻璃纤维增强复合材料的力学性能.结果表明:环氧树脂3233分别在120℃,140℃和l80℃固化2h后,其拉伸性能和弯曲性能没有明显的变化;而基于环氧树脂3233的苎麻纤维增强复合材料在120℃和l40℃固化2h后力学性能相当,但是在180℃固化2h后,强度明显减小,模量变化不大;单向苎麻纤维增强复合材料的力学性能要远远大于平纹苎麻织物增强复合材料的力学性能,如单向苎麻复合材料uRamie-3233-120的压缩强度和压缩模量分别为154.0 MPa和35.6 GPa,而苎麻织物增强复合材料fRamie-3233-120分别为95.0 MPa和9.2 GPa;玻璃纤维增强复合材料的强度也会高明显高于苎麻纤维增强复合材料的强度.     

Effect of hygrothermal aging on moisture diffusion and tensile behavior of CFRP composite laminates

Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites are widely used in aircraft structures, because of their superior mechanical and lightweight properties. CFRP composites are often exposed to hygrothermal environments in service. Temperature and moisture can affect the material properties of composites. In order to make clear the moisture diffusion behavior and the properties degradation of composites, the TG800/E207 composite laminates with four stacking sequences [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s are designed and manufactured. Moisture absorption tests are carried out at 80 ℃, 90 %RH. It is shown that the moisture absorption curves of composite laminates present a three-stage. A modified Fickian model was proposed to capture the diffusion behavior of TG800/E207 composite laminates. The relationships among the non-Fickian parameters, the environmental parameters and the stacking sequences of CFRP were correlated and compared. Results showed that the modified Fickian curve is sensitive to the diffusivity of Stage I and Stage II. Compared with unaged specimens, the maximum tensile stress for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 14.94 %, 28.15 %, 11.96 %, and 26.36 %, respectively. The strains at failure for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 55.38 %, 62.65 %, 46.41 %, and 31.71 %, respectively. The elastic modulus for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s increased by 90.93 %, 94.57 %, 49.22 %, and 8.22 %, respectively. [90]₁₆ sample has the minimum saturated moisture content and the maximum strength degeneration.     

预腐蚀疲劳退化加速因子研究

考虑预腐蚀对材料疲劳性能的影响,以疲劳强度作为腐蚀量,给出了考虑预腐蚀疲劳退化的加速腐蚀因子的定义和表达式,并结合疲劳分析方法,以细节疲劳额定值(DFR)作为疲劳强度的衡量,给出了预腐蚀条件下的DFR确定方法,通过加速环境和实际服役环境下DFR随预腐蚀时间退化规律的对比分析,建立基于DFR的加速腐蚀因子,并进行参数估计,最后,给出了LY12CZ铝合金试件在典型环境下的加速腐蚀因子取值.      

碳纤维环氧预浸料前热处理及储放老化对复材力学性能的影响

基于DSC测试数据,采用非模型拟合动力学方法 Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对碳纤维环氧预浸料的固化过程进行研究,并将试验结果与模型预测进行对比。结果表明,采用FWO法能很好地预测预浸料的固化行为。同时,结合热隔膜成型工艺特点,将预浸料分别置于80℃和室温中进行分段处理,将经不同预处理的预浸料采用相同的固化工艺制作成复合材料板并进行力学测试。结果显示,随着80℃预加热时间的延长,层合板剪切强度逐渐降低,试样厚度增加,弯曲模量略微低,弯曲强度出现小幅度波动。室温老化结果表明,随着老化时间的延长,层合板的层间剪切性能和弯曲性能都存在小的波动,但无明显规律。     

聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法

通过对大量聚合物基复合材料自然老化数据的分析研究 ,建立了高置信度、高可靠度的自然老化寿命方程 ,从而可以求得工程结构设计中急需的聚合物基复合材料高置信度、高可靠度的自然老化寿命和老化剩余强度。同时 ,还提出了确定该老化方程中参数的小子样方法 ,在精度相同的情况下 ,该方法可以比传统的成组试验法节省 5 0 %以上的试件 ;而在试件数一定的条件下 ,则可以大大提高预测精度。文中给出了一个验证实例     

HTPB推进剂储存老化性能试验研究

1引言端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂在长期储存过程中,由于各种因素的作用,其性能会逐渐变化,最后达不到使用指标,失去使用价值,这种现象称为复合固体推进剂的老化[1]。老化是固体推进剂在贮存过程中普遍存在的一种现象。优良的固体推进剂除了满足能量性能、力学性能和弹