湿热条件碳纤维/环氧树脂界面断裂能变化规律研究

admin · 发表于 2022-9-13 22:35:57

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在飞机实际服役条件下，复合材料结构受到湿、热、盐分、紫外线等复杂环境因素的作用，对其性能尤其是界面性能影响显著，因此科学地评价复合材料界面的耐湿热性能对于复合材料的应用是非常重要的。本论文针对航空用碳纤维/环氧复合材料，研究温度、湿热以及吸湿-解吸湿循环作用下界面断裂能和层板层间剪切性能的衰减规律，比较了界面断裂能和短梁剪切性能的关联规律，同时结合SEM、XPS等研究方法探讨了复合材料在湿热条件下性能衰减与碳纤维表面性质的关联，为碳纤维复合材料湿热性能的评价和预测奠定了实验基础。本文针对T300、国产碳纤维CF-1、CF-2与5228A环氧树脂的单丝复合体系，采用基于WND能量模型的单丝断裂法，研究了25－130℃范围内干态及湿热作用后界面断裂能的变化规律，考察了碳纤维上浆剂的影响，并结合CF-1/5228A层板的短梁剪切性能，分析了界面断裂能和层板层间性能之间的关联，采用SEM和XPS等测试方法分析了碳纤维表面形貌、化学元素分布和官能团组成，提出了湿热条件下影响界面性能的碳纤维表面关键因素。最后，考察了在吸湿-解吸湿循环条件下碳纤维复合材料界面性能的变化规律。实验结果表明：在测试温度范围内，对于所采用的碳纤维/环氧树脂体系，界面断裂能随温度升高呈先下降而后基本不变的趋势，且不同碳纤维和去除上浆剂前后界面性能有差异，说明上浆剂对界面的耐热性有影响；湿热处理后三种碳纤维在不同温度下的界面断裂能与干态相比均明显下降，其中CF-1碳纤维下降幅度最大，降幅最小的是CF-2；碳纤维表面元素和由上浆剂决定的碳纤维表面活性对界面的耐湿热性能有影响；各种湿、热条件作用下CF-1/5228短梁剪切性能变化幅度与界面断裂能不一致，而与树脂模量的变化幅度较为一致；吸湿-解吸湿循环作用对T300和CF-2碳纤维单丝复合体系界面断裂能影响不大，而CF-1体系前期循环作用界面断裂能下降较为明显，后期变化不大。

湿热条件碳纤维/环氧树脂界面断裂能变化规律研究

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