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碳纤维增强环氧树脂复合材料在水中老化后的力学性能与.pdf

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碳纤维增强环氧树脂复合材料在水中老化后的力学性能与破坏机理 马婷婷,,白树林’,罗瑞盈 ,, 北京大学工学院力学与空天技术系北京 ,, 北京航空航天大学理学院物理系北京仪 摘要对破纤维增强环氧树脂复合材料在经过水中老化后的力学性能和破坏机理进 。“,“,。 行了研究完成了三组拉伸试件土含中心孔通过使用扫描电镜观刚 ,, 了试样的破坏断口分析了这种复合材料老化后力学性能的变化规律。结果表明老化后基 ,,。 体变软纤维和基体之间的私合作用变弱使得复合材料的力学性能降低 关键词破纤维环氧树脂复合材料力学性能水中老化破坏机理 引言 、。, 碳纤维增强复合材料具有很多优良胜质,例如高强度耐腐蚀基于这些特性碳纤维复合材料被广泛 ,、 应用于耐高温结构例如航天飞机和赛车的制动系统火箭尾喷管等。复合材料在实际应用中会受到各种各 ,, 样因素的单独或共同作用其中最主要的是承受载荷和环境因素的影响。特别是湿度对复合材料的影响尤 ,。 为重要因为大气中的湿度是不可忽略的 澎’等人研究了吸收水分对尼龙纤维增强环氧树脂复合材料拉伸疲劳力学行为的影响,发现吸收 一 水分弱化了纤维基体界面强度,并且引起基体内充水,导致静态拉伸强度和疲劳强度降低。其他作者〔,‘在 ,, 研究碳纤维增强复合材料老化问题时也发现吸收水分使环氧树脂基体材料的性能降低从而导致复合材料 。’ 的性能降低和〕比较了碳纤维增强环氧树脂复合材料和掺人,粒子后在℃和 , ℃下的吸湿行为。不同尺度的粒子使得材料的吸湿性能受到影响从而改善吸收水分降低层间剪 。,、 切强度在和〔〕的实验中由不同的纤维碳纤维玻璃纤维和聚醋纤维增强的环氧树脂复合 ,,,, 材料被浸在℃和℃的海水中所有试件的质量增加等效弯曲模量降低弯曲损失因子升高碳纤维增 。 强材料受到的影响最小。和仁’还将一些纤维增强的环氧树脂和聚醚醚酮暴露在蒸汽中结果 ,。 表明蒸汽导致的破坏程度与基体的种类有关说而和〕测试了碳纤维环氧树脂复合材料开口 , 试件的静态和疲劳性能,电镜照片描述了疲劳断口比静态断口呈现更多的碎片疲劳破坏后裂纹尖端比静态 破坏的更圆滑。 。 本文研究了碳纤维增强环氧树脂复合材料在℃水中老化刃后的力学性能和破坏机理通过拉 , 伸实验和显微观测揭示了老化对力学行为的影响机理。 实验过程 老化试验 。, 本研究的材料为竹复合材料复合材料制件在使用环境条件下通常在一或更长一些 。, 时间达到最大吸湿量在使用环境中,复合材料既有吸湿过程,又存在脱湿条件和过程要达到饱和吸湿量 是很困难的。因此,实验中采取了加速老化技术。但是,当通过浸泡来积累老化过程时,温度必须保持在低 。 于树脂玻璃转变温度以避免不可逆转的破坏膨胀和断裂,这种破坏将改变材料的吸湿性能 试件在投放加速老化试验环境之前均进行工程干态处理,即试件经℃烘干处理达到脱湿速率稳定在 。 本项目得到北京大学工程研究院的赞助 。,、、、、、 每天质量损失不大于然后在℃环境下和周期《侧!《洲 《减条件下进行加速老化试验。最后测定老化后试样的质量。 , 加速老化试验设备为天津三环公司产电热恒温水浴箱常熟衡器公司产电子分析天平和重庆试验 设备厂产的一电脑控制湿热箱。 力学性能试验和显微观测 ,,。, 试样在老化后利用仆试验机进行了常温拉伸试验具体试验内容见表试验后取断口试样, 然后在一扫描电镜下进行断口观测。 衰复合材料层压板加速老化后试脸项目和方法 试验项目数试验标准 。 如拉伸组根一 土拉伸组根一名 开孔拉伸组根!一 实验结果 吸湿试验结果 , 试样浸泡到时刻的吸水率巩用下式计算即 收一始 巩二叽叽《 叽始 式中叽。为试样工程干态后质量毗‘》为试样在水中浸泡到时刻的质量。 ,,, 根据数据结果绘出吸湿曲线见图。试样经过浸泡!后其质量基本不再发生变化说明试样中 的水分已趋于饱和。 炙 沃 以洲 比 图竹的!复合材料侧洲吸湿曲线 力学性能试验结果 ,拉伸实验结果 图给出“拉伸应力一应变关系。拉伸行为呈直线直至断裂,不同老化时间的斜率稍有差别。从图 ,, 可以看出拉伸模量在