濕熱環(huán)境對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響及其損傷機(jī)理

濕熱環(huán)境對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響及其損傷機(jī)理?xiàng)钚駯|;安濤;鄒田春;鞏天琛【摘要】采用加速吸濕法研究經(jīng)3種濕熱環(huán)境(濕度為85%RH,溫度分別為25,70,85°C)處理后CFRP層合板的吸濕特性，對吸濕前后的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)層合板分別進(jìn)行拉伸、壓縮、剪切實(shí)驗(yàn)，研究其力學(xué)性能變化規(guī)律，利用掃描電鏡和紅外光譜分析濕熱環(huán)境中CFRP層板的損傷機(jī)理,最后采用最小二乘法擬合提出濕熱環(huán)境下CFRP層合板力學(xué)性能的預(yù)測公式.結(jié)果表明:CFRP層合板的吸濕初期特性符合Fick定律;相同濕度下環(huán)境溫度越高,CFRP的吸濕速率和平衡吸濕率越大，達(dá)到吸濕平衡所需時(shí)的間越長;3種濕熱環(huán)境處理后的CFRP層板的90°拉伸和剪切力學(xué)性能下降最明顯;經(jīng)濕熱環(huán)境處理后水分子通過氫鍵與環(huán)氧樹脂發(fā)生締合，但CFRP層合板中的各組分未發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)變化;擬合建立的不同濕熱條件下力學(xué)性能衰退公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致.【期刊名稱】《材料工程》【年(卷)，期】2019(047)007【總頁數(shù)】8頁(P84-91)【關(guān)鍵詞】CFRP;濕熱;力學(xué)性能;損傷機(jī)理;強(qiáng)度預(yù)測【作者】楊旭東;安濤;鄒田春;鞏天琛【作者單位】中國民航大學(xué)中歐航空工程師學(xué)院沃津300300;中國民航大學(xué)中歐航空工程師學(xué)院，天津300300;中國民航大學(xué)民用航空器適航審定技術(shù)與管理研究中心，天津300300；中國民航大學(xué)民用航空器適航審定技術(shù)與管理研究中心，天津300300【正文語種】中文【中圖分類】TB332碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(carbonfiberreinforcedplastics，CFRP)具有高比強(qiáng)度、高比模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、車輛交通［1-3］等領(lǐng)域得到了愈加廣泛的應(yīng)用。但是濕熱環(huán)境會對CFRP的基體、纖維、纖維-基體界面［4］造成不同形式、不同程度的破壞，并使CFRP的力學(xué)性能發(fā)生退化。因此，CFRP的應(yīng)用必須著重考慮濕熱環(huán)境對其組織和性能的影響，這也是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。影響復(fù)合材料使役時(shí)性能的因素包括復(fù)合材料應(yīng)用環(huán)境的濕度、溫度以及濕熱共同作用，國內(nèi)外多針對這幾方面開展研究。Kumar等［5］研究了吸濕時(shí)間對CFRP力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)吸濕時(shí)間為1個(gè)月時(shí)CFRP的縱向拉伸強(qiáng)度衰減穩(wěn)定在25%~30%，橫向拉伸和剪切強(qiáng)度隨著吸濕時(shí)間的增加而減小，縱向拉伸模量在吸濕2個(gè)月后減小值趨于穩(wěn)定，而橫向拉伸與剪切模量以及泊松比不隨吸濕時(shí)間的增加而變化。Genna等［6］將浸入水中CFPR層板試樣取出后對其進(jìn)行壓痕及剪切測試，發(fā)現(xiàn)樹脂基體的楊氏模量和復(fù)合層板的彎曲模量隨著浸入水中時(shí)間的增加而減小。關(guān)于溫度對復(fù)合材料的影響，Jia等［7］通過靜態(tài)和動態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)來研究環(huán)境溫度(-100~100°C)對CFRP力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明隨著溫度的升高，CFRP的彎曲強(qiáng)度、最大撓度、能量吸收均減小。Eftekhari等［8］研究發(fā)現(xiàn)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量隨著復(fù)合材料所處溫度的升高而降低，并且復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的變化與樹脂基的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。吳以婷等［9］和Zhong等［10］對CFRP層合板進(jìn)行了濕熱處理，隨后進(jìn)行了沖擊實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明吸濕提高了樹脂基體的韌性，濕熱處理反而使CFRP的沖擊強(qiáng)度增加。在復(fù)合材料的實(shí)際使役環(huán)境中，濕度和溫度常共同作用影響著復(fù)合材料的性能，兩者之間耦合效應(yīng)，對復(fù)合材料的性能影響更加明顯。一些靜態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合材料經(jīng)過濕熱處理后的壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度均下降明顯［11-13］。復(fù)合材料的吸濕特性及濕熱處理后力學(xué)性能的影響已經(jīng)有了一定的研究，但對經(jīng)濕熱環(huán)境處理后復(fù)合材料的力學(xué)測試及性能變化規(guī)律并沒有系統(tǒng)的比較和分析；此外，鮮有文獻(xiàn)提出合適的濕熱環(huán)境因素下的力學(xué)強(qiáng)度預(yù)測模型。針對以上問題，本工作將經(jīng)濕熱處理后CFRP層合板進(jìn)行壓縮、拉伸、剪切實(shí)驗(yàn)，研究濕熱環(huán)境對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并通過紅外光譜(IR)結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)研究復(fù)合材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出一種改進(jìn)的剩余強(qiáng)度預(yù)測模型用來計(jì)算不同濕熱環(huán)境處理后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度值。1實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)中使用的試樣是由北京百慕航材高科技股份有限公司制造的T700/3228CFRP層板，鋪層方式為預(yù)浸料手工鋪層，固化方式為熱壓罐固化。首先將所有試樣放置到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在70OC下對試樣進(jìn)行烘干處理，每間隔24h對試樣進(jìn)行一次稱重，按照式(1)計(jì)算層合板的脫濕量，當(dāng)每日脫濕量穩(wěn)定不超過0.02%時(shí)停止烘干，將處理后的試樣放在干燥器內(nèi)備用。(1)式中：Mi為試樣的脫濕量；m0和mi分別為試樣在干燥前后的測量質(zhì)量。將干燥的試樣置于恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)中，在濕度為85%RH，環(huán)境溫度分別為25,70,85C的條件下，對試樣進(jìn)行濕熱吸濕處理，前96h每間隔24h對試樣稱重一次，之后每間隔72h稱重一次，當(dāng)吸濕速率接近每日質(zhì)量增加0.05%時(shí)，改為每間隔24h稱重一次。稱量后按照式(2)計(jì)算試樣的吸濕量，當(dāng)連續(xù)3次稱量得到的試樣的吸濕速率均小于每日質(zhì)量增加0.05%時(shí)認(rèn)為試樣達(dá)到吸濕飽和狀態(tài)。(2)式中：Wi為試樣的吸濕量；Gi為試樣吸濕后的質(zhì)量；G0為在干燥后的試樣質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)使用Instron-5982型萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，根據(jù)GB/T3354-1999方法對CFRP層板進(jìn)行拉伸性能實(shí)驗(yàn)，0°拉伸試樣的加載速率為3mm/min，90°拉伸試樣的加載速率為1mm/min；根據(jù)GB/T3856-2005方法對CFRP層板進(jìn)行壓縮性能實(shí)驗(yàn)，0°及90°壓縮試樣的加載速率均為1mm/min；根據(jù)GB/T3355-2005方法對CFRP層板進(jìn)行縱橫剪切實(shí)驗(yàn)，剪切試樣的加載速率為2mm/min。2結(jié)果與分析2.1濕熱環(huán)境下CFRP層合板的吸濕特性圖1是不同濕熱環(huán)境下CFRP層板吸濕曲線，表1總結(jié)了圖1中不同濕熱環(huán)境下試樣達(dá)到吸濕飽和所需的時(shí)間及飽和吸濕率。由圖1可見，CFRP層板的吸濕特性曲線在不同濕熱環(huán)境中呈現(xiàn)相似的趨勢，均可分為兩個(gè)階段：階段I,CFRP層板的吸濕率與吸濕時(shí)間的1/2次方成正比關(guān)系，該階段的吸濕行為遵守Fick第二定律［14］；階段H,CFRP層板的吸濕率隨吸濕時(shí)間的延長而趨于穩(wěn)定，吸濕速率急劇減小，CFRP層板逐漸達(dá)到吸濕平衡狀態(tài)，F(xiàn)ick第二定律已不適用于該階段的吸濕行為。圖1CFRP層板在濕度85%RH不同溫度下的吸濕曲線Fig.1Moistureabsorptioncurvesunderthehygrothermalconditionswithahumidity85%RHanddifferenttemperatures表1不同濕熱環(huán)境下試樣達(dá)到吸濕飽和所用時(shí)間及飽和吸濕率Table1MoisturesaturationtimeandmoisturesaturationcontentsofthespecimensunderdifferenthygrothermalconditionsRelativehumidity/%RHEnvironmentaltemperature/°CMoisturesatu-rationtime/hMoisturesaturationcontent/%25250.12685701680.656852620.852綜合圖1和表1結(jié)果，在相同濕度下，隨著環(huán)境溫度的升高，在階段I中CFRP層板的吸濕速率顯著增大，同時(shí)在階段H達(dá)到吸濕平衡的時(shí)間隨之延長，飽和吸濕量也隨之增加。研究發(fā)現(xiàn)CFRP層板的制造缺陷（如微裂紋、孔洞等）使得水分子通過濃度梯度擴(kuò)散進(jìn)入復(fù)合材料，同時(shí)水分子和環(huán)氧樹脂的極性環(huán)鏈發(fā)生締合，也一定程度促進(jìn)了水分子的吸收［15］。隨著溫度的升高，樹脂內(nèi)部自由體積增多，分子鏈移動性增加；此外水分子的動能和極性環(huán)鏈的能量隨溫度升高而增加，使得二者之間更容易締合，因此進(jìn)入CFRP層板的水分子運(yùn)動速率加快，環(huán)氧樹脂聚合物分子的溶脹也更加充分，從而導(dǎo)致吸濕速率與平衡吸濕量明顯增加。2.2濕熱環(huán)境對CFRP層合板力學(xué)性能的影響分別將吸濕前以及經(jīng)不同濕熱環(huán)境處理后的試樣進(jìn)行拉伸、壓縮和縱橫剪切實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，干燥試樣經(jīng)過濕熱處理后CFRP層合板的拉伸（0°,90°）、壓縮（0。，90。）和縱橫剪切性能均呈下降趨勢，在相同濕度下，CFRP層合板的力學(xué)性能隨著溫度的升高而衰減。由上文分析，溫度的增加引起飽和吸濕率的增加，而飽和吸濕率的增加導(dǎo)致CFRP層合板力學(xué)性能的惡化。值得注意的是，相同濕度下隨著環(huán)境溫度的升高復(fù)合材料試樣拉伸性能下降尤為明顯，而對于壓縮性能影響較小。在濕度為85%RH的環(huán)境中，在0°方向，與干燥試樣相比，85C下達(dá)到吸濕飽和的CFRP層合板的拉伸強(qiáng)度下降了16.2%，壓縮強(qiáng)度下降了4.1%;在90°方向，相比干燥試樣，在85C下達(dá)到吸濕飽和的CFRP層合板的拉伸強(qiáng)度下降了31.9%，壓縮強(qiáng)度下降了14.7%；對于縱橫剪切測試，與干燥試樣相比，在85°C下達(dá)到吸濕飽和的CFRP層合板的縱橫剪切強(qiáng)度下降了36.1%。綜上，濕熱環(huán)境對CFRP層合板的縱橫剪切性能以及90°拉伸性能影響最大，對0°壓縮性能影響最小。圖2在不同吸濕狀態(tài)后CFRP層合板的力學(xué)性能(a)拉伸強(qiáng)度；(b)壓縮強(qiáng)度；(c)縱橫剪切強(qiáng)度Fig.2MechanicalpropertiesofCFRPlaminatesafterdifferentmoistureabsorptionconditions(a)tensilestrength;(b)compressivestrength;(c)longitudinal-transverseshearstrength2.3濕熱環(huán)境對CFRP層合板的損傷機(jī)制圖3為3種不同濕熱環(huán)境處理后CFRP層合板的紅外譜，由圖3可見，4條譜圖中特征頻率區(qū)各峰的位置基本相同，但在70C和85C吸濕飽和的CFRP層合板試樣在1743cm-1處比在25C吸濕飽和以及干燥試樣多出一個(gè)尖峰。圖3CFRP層板經(jīng)不同濕熱環(huán)境處理后的紅外光譜圖Fig.3IRspectraofCFRPlaminatesunderdifferenthygrothermalconditions—般來講，分子間締合的O—H伸縮振動形成的吸收峰約在3400~3200cm-1區(qū)域，峰強(qiáng)而寬，O—H的彎曲振動形成的吸收峰約在1700cm-1處。結(jié)合FTIR譜圖與上述理論，可以確定70C和85C吸濕飽和的試樣在特征頻率區(qū)中幾個(gè)較為明顯的峰，按照波數(shù)從大到小排序分別為：3392cm-1處的寬峰對應(yīng)氫氧鍵(O—H)的伸縮振動與氮?dú)滏I(N—H)的伸縮振動在譜圖上的重合峰，1743cm-1處的尖峰對應(yīng)氫氧鍵(O—H)的彎曲振動，1608cm-1及1508cm-1處的兩個(gè)尖峰對應(yīng)苯環(huán)骨架(CC)的伸縮振動。因此，CFRP層板中樹脂基體上的親水基團(tuán)在濕度為85%RH，溫度分別為70C和85C的環(huán)境中與水分子通過氫鍵形成了分子間締合，而CFRP層板在干燥環(huán)境和25C吸濕飽和下沒有與水分子發(fā)生這種締合。由此可知，濕熱環(huán)境下CFRP層板僅與水分子通過氫鍵締合而未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成新共價(jià)鍵或破壞原有共價(jià)鍵，即化學(xué)變化不是引起濕熱環(huán)境下CFRP層板力學(xué)性能下降的主要原因，在濕熱環(huán)境中其主要發(fā)生物理變化。圖4為CFRP層合板在不同吸濕狀態(tài)后不同方向的拉伸斷口SEM圖。對比圖4(a),(b)可見，在CFRP層板0°拉伸實(shí)驗(yàn)中，25°C吸濕飽和試樣斷口處的絮狀樹脂較少，樹脂形態(tài)比較完整，有少部分纖維已經(jīng)脫離樹脂的包裹，斷口面幾乎不存在因纖維整體拔出而產(chǎn)生的孔洞。這說明在常溫下，環(huán)境濕度對環(huán)氧樹脂基體有輕微影響，使試樣斷裂的主要原因?yàn)槔w維達(dá)到拉伸極限。而在70C環(huán)境下的試樣斷口處散落大量絮狀樹脂，縫隙與孔洞增多，這說明在85%RH濕度下，環(huán)境溫度的上升會造成樹脂和纖維界面結(jié)合弱化，樹脂從纖維上脫落，對環(huán)氧樹脂及纖維-樹脂界面造成了損傷。由圖4(c),(e)對比可見，在CFRP層板90°拉伸實(shí)驗(yàn)中，與干燥試樣斷口相比，達(dá)到吸濕飽和的試樣在拉伸載荷下脫離斷裂平面的纖維增多；從圖4(d),(f)放大圖中比較清晰地見到達(dá)到吸濕飽和的試樣斷口處的纖維上黏附的樹脂明顯減少，樹脂脫粘現(xiàn)象嚴(yán)重。圖4CFRP層合板在不同吸濕狀態(tài)后不同方向的拉伸斷口SEM圖(a)25C吸濕飽和，0°方向；(b)70C吸濕飽和，0°方向；(c),(d)干燥狀態(tài)，90°方向；(e),(f)85C吸濕飽和，90°方向Fig.4SEMmicrographsofthetensilefractureofCFRPlaminatesindifferentdirectionsafterdifferentmoistureabsorptionstates(a)0°directionat25Cmoisturesaturation;(b)0°directionat70Cmoisturesaturation;(c),(d)90°directionatdry;(e),(f)90°directionat85Cmoisturesaturation圖5是CFRP層合板在不同吸濕狀態(tài)后不同方向下的壓縮斷口SEM圖，從圖5(a),(b)可見，在CFRP層板0°壓縮實(shí)驗(yàn)中，25C試樣的壓縮斷口形貌與拉伸(圖4(a))試樣不同，斷口處聚集的絮狀樹脂增多。在0°壓縮測試后，在85C到達(dá)吸濕飽和的試樣的纖維傾斜明顯，這說明隨著溫度的升高，高溫測試時(shí)試樣中的纖維發(fā)生了局部屈曲變形。由5(c),(d)可見，在CFRP層板90°壓縮實(shí)驗(yàn)中，CFRP層合板在經(jīng)不同濕熱環(huán)境處理后的壓縮斷口平整度隨著環(huán)境溫度的增加而降低，說明隨著溫度的升高，CFRP層板的環(huán)氧樹脂基體受到的損傷程度增加。圖5CFRP層合板在不同吸濕狀態(tài)后不同方向的壓縮斷口SEM圖(a)25°C吸濕飽和，0°方向；(b)85C吸濕飽和，0°方向；(c)25C吸濕飽和，90°方向；(d)85C吸濕飽和，90°方向Fig.4SEMmicrographsofthecompressivefractureofCFRPlaminatesindifferentdirectionsafterdifferentmoistureabsorptionstates(a)0°directionat25Cmoisturesaturation;(b)0°directionat85Cmoisturesaturation;(c)90°directionat25Cmoisturesaturation;(d)90°directionat85CmoisturesaturationCFRP層板的拉伸、壓縮和剪切性能是由基體、纖維的性能以及二者之間的界面結(jié)合共同決定。本工作中纖維性能受濕熱影響較小，而樹脂基體和界面受影響較大。在高濕環(huán)境中，環(huán)氧樹脂基體吸濕膨脹，導(dǎo)致基體發(fā)生塑化，同時(shí)吸濕導(dǎo)致了樹脂基玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的降低［15-16］,削弱了環(huán)氧基的交聯(lián)作用，對環(huán)氧樹脂基體造成了破壞。此外，進(jìn)入纖維-樹脂界面的水分子與環(huán)氧樹脂分子通過氫鍵締合，并且能夠減弱樹脂分子和碳纖維分子的結(jié)合性，造成環(huán)氧樹脂在界面結(jié)合處的脫落，降低了纖維和基體界面的結(jié)合性［17］。另一方面，由于環(huán)氧樹脂的濕膨脹率遠(yuǎn)大于碳纖維的濕膨脹率，提高環(huán)境濕度會使環(huán)氧樹脂發(fā)生吸水膨脹，導(dǎo)致樹脂基體及纖維-基體界面產(chǎn)生濕應(yīng)力［18］,而在外加載荷作用下成為裂紋擴(kuò)展源。隨環(huán)境溫度的升高，CFRP的飽和吸濕率增加，造成環(huán)氧樹脂基體破壞，樹脂和纖維間界面結(jié)合弱化，界面處應(yīng)力集中，這些因素共同造成了CFRP層板的力學(xué)性能衰退。2.4濕熱環(huán)境對CFRP層合板力學(xué)性能的預(yù)測本工作將CFRP層板在高溫下發(fā)生后固化增強(qiáng)作用與高溫對纖維-基體界面產(chǎn)生的削弱作用進(jìn)行合并，并考慮溫度與濕度兩種環(huán)境因素以及時(shí)間對材料性能的疊加影響，基于已有的文獻(xiàn)研究[19-20],提出一種改進(jìn)的強(qiáng)度估算公式(如式(3)~(5))):S=S0-A1ln(1+B1T)-A2ln(1+B2H)⑶式中：S為材料剩余強(qiáng)度；S0為材料初始強(qiáng)度；Ai為環(huán)境溫度對材料性能影響的顯著性參數(shù)，對于同一種復(fù)合材料性能，該參數(shù)為常數(shù)；Bi為材料性能對抗環(huán)境濕度的能力，對于同一種組成成分及加工工藝的復(fù)合材料，該參數(shù)為常數(shù);T為環(huán)境溫度的等效作用時(shí)間；H為環(huán)境濕度的等效作用時(shí)間。T,H分別由式(4)，⑸進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。(4)(5)式中：Tam為環(huán)境溫度，°C;t為作用時(shí)間，h;RH為環(huán)境濕度，％。將干燥層板的強(qiáng)度作為初始強(qiáng)度值S0,且考慮到溫度對CFRP層板強(qiáng)度的增強(qiáng)與削弱作用共同存在，故將約束條件設(shè)定為A1>0,A2>0,B1>0,B2>0。用最小二乘法計(jì)算A1,A2,B1,B2數(shù)值解，建立判據(jù)，Q為殘差平方和：Q=^[S0-A1ln(1+B1Ti)-A2ln(1+B2Hi)-Si]2(6)表2CFRP層板的環(huán)境等效作用時(shí)間Table2EnvironmentalequivalenttimesoftheCFRPlaminatesRelativehumidity/%RHTemperature/CT/hH/h070235.20256.2521.258570117.6142.885222.7222.7利用干燥和3種實(shí)驗(yàn)濕熱條件的CFRP層合板的強(qiáng)度均值及表2中所示的溫度等效作用時(shí)間、濕度等效作用時(shí)間進(jìn)行擬合。采用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，在約束條件A1>0，A2>0，B1>0，B2>0下，求出數(shù)組與數(shù)組［0,0,0,0］最接近的解，即為A1,A2,B1,B2的數(shù)值解，求出的數(shù)值解如表3所示。表3參數(shù)數(shù)值解Table3ParametricnumericalsolutionsMechanicaltestA1A2B1B20°tensiletest25.45011.14320.00801.5210x10690°tensiletest59.34423.11251.4524x10-50.17590°compressivetest7.3349x10-421.49189.7800x1050.010890°compressivetest6.7806x10-54.24822.2900x1060.5419Sheartest1.4764x10-40.30761.5828x1074.4965x103圖6為實(shí)驗(yàn)值和公式預(yù)測值的對比，從圖中可以看出，提出的剩余強(qiáng)度預(yù)測公式所計(jì)算出來的值與本工作實(shí)驗(yàn)值基本符合，說明提出的公式比較合理科學(xué)，采用該模型公式，可以對濕熱環(huán)境對CFRP的作用進(jìn)行等效計(jì)算，對同種材料不同濕熱環(huán)境的加速吸濕實(shí)驗(yàn)起到參考作用，從而可以有效地減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)、縮短實(shí)驗(yàn)周期。3結(jié)論相同濕度下環(huán)境溫度越高，CFRP層板在吸濕初期的吸濕速率和吸濕率越大，達(dá)到吸濕平衡所需時(shí)間與平衡吸濕量也越大。在濕熱環(huán)境中，CFRP層板中樹脂基體上的親水基團(tuán)在濕度為85%RH，溫度低于85°C環(huán)境中僅與水分子通過氫鍵形成了分子間締合而未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)變化不是造成濕熱環(huán)境下CFRP層板力學(xué)性能下降的原因。經(jīng)過濕熱處理后，CFRP層合板的90°拉伸強(qiáng)度和縱橫剪切強(qiáng)度下降明顯，主要原因是濕熱影響了樹脂基體的性能，并且破壞了纖維-樹脂界面。⑷改進(jìn)提出強(qiáng)度估算公式，該強(qiáng)度估算公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合精度較高，預(yù)測誤差較小，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基本一致。圖6不同濕熱條件下實(shí)驗(yàn)值與公式預(yù)測值對比(a)0°拉伸強(qiáng)度;(b)90°拉伸強(qiáng)度;(c)0°壓縮強(qiáng)度;(d)90°壓縮強(qiáng)度;(e)縱橫剪切強(qiáng)度Fig.6Comparisonoftheexperimentvaluesandthecalculatedvaluesunderdifferenthygrothermalconditions(a)0°tensilestrength;(b)90°tensilestrength;(c)0°compressivestrength;(d)90°compressivestrength;(e)longitudinal-transverseshearstrength參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】SOUTISC.Carbonfiberreinforcedplasticsinaircraftconstruction[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2005,412(1/2):171-176.FRIEDRICHK,ALMAJIDAA.Manufacturingaspectsofadvancedpolymercompositesforautomotiveapplications[J].AppliedCompositeMaterials,2013,20(2):107-128.馬立敏，張嘉振，岳廣全，等.復(fù)合材料在新一代大型民用飛機(jī)中的應(yīng)用[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2015,32(2):317-322.MALM,ZHANGJZ,YUEGQ,etal.Applicationofcompositesinnewgenerationoflargecivilaircraft[J].ActaMateriaeCompositaeSinica,2015,32(2),317-322.張利軍，肇研，羅云烽，等.濕熱循環(huán)對CCF300/QY8911復(fù)合材料界面性能的影響[J].材料工程，2012(2):25-29.ZHANGLJ,ZHAOY,LUOYF,etal.OntheinterfacialpropertiesofCCF300/QY8911compositewithcyclicalhygrothermaltreatments[J].JournalofMaterialsEngineering,2012(2):25-29.KUMARSB,SRIDHARI,SIVASHANKERS.Influenceofhumidenvironmentontheperformanceofhighstrengthstructuralcarbonfibercomposites[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2008,498(1/2):174-178.GENNAS,TROVALUSCIF,TAGLIAFERRIV.IndentationtesttostudythemoistureabsorptioneffectonCFRPcomposite[J].CompositesPartB:Engineering,2017,124:18.JIAZ,LIT,CHIANGF,etal.Anexperimentalinvestigationofthetemperatureeffectonthemechanicsofcarbonfiberreinforcedpolymercomposites[J].CompositesScienceandTechnology,2018,154:53-63.EFTEKHARIM,FATEMIA.Tensilebehaviorofthermoplasticcompositesincludingtemperature,moisture,andhygrothermaleffects[J].PolymerTesting,2016,51:151-164.吳以婷，葛東云，李辰.濕熱環(huán)境下Carbon/Epoxy復(fù)合材料層合板動態(tài)壓縮性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2016,33(2):259-264.WUYT,GEDY,LIC.Dynamiccompressivepropertiesofcarbon/epoxycompositelaminatesunderhygrothermalenvironment[J].ActaMateriaeCompositaeSinica,2016,33(2):259-264.ZHONGY,JOSHISC.Impactresistanceofhygrothermallyconditionedcompositelaminateswithdifferentlay-ups[J].JournalofCompositeMaterials,2015,49(7):829-841.張曉云，曹東，陸峰，等.T700/5224復(fù)合材料在濕熱環(huán)境和化學(xué)介質(zhì)中的老化行為[J].材料工程，2016,44(4):82-88.ZHANGXY,CAOD,LUF,etal.AgingbehaviorofT700/5224compositeinhygrothermalenvironmentandchemicalmedia[J].JournalofMaterialsEngineering,2016,44(4):82-88.ALMEIDAJHS,SOUZASDB,BOTELHOEC,etal.Carbonfiber-reinforcedepoxyfilament-woundcompositelaminatesexposedtohygrothermalconditioning[J].JournalofMaterialsScience,2016,51(9):4697-4708.BOTELHOEC,PARDINILC,REZENDEMC.Hygrothermaleffectsontheshearpropertiesofcarbonfiber/epoxycomposites[J].JournalofMaterialsScience,2006,41(21):7111-7118.MAGGANAC,PISSISP.Watersorptionanddiffusionstudiesinanepoxyresinsystem[J].JournalofPolymerSciencePa