材料工程/2005年1 湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能 影响研究 Study of Hydrot hermal aging Effect on Mechanical Properties of Carbon Fiber /Epoxy Resin Compo sites 吕小军,张琦,马兆庆,许俊华2,肖文萍 (1北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083 (2中国直升机设计研究所,江西景德镇33301) LU Xiao-jun, ZHANG Qi, MA Zhao-qing, XU J urhua', XIAO Werping I School of Materials Science and Engineering, Beijing U niversity of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China 2 Chinese Helicopter Research and Develop ment Institute, Jingdezhen 333001, Jiangxi, China) 摘要:研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30℃和80℃两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强 树脂基复合材料力学性能的影响。研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80℃下浸泡使复合材料力学性能下降更 显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80℃下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著。 关键词:碳纤维增强树脂基复合材料;湿热老化;腐蚀 中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1001-4381(2005)110050-04 Abstract In order to st udy the infl uence of solution immersion on mechanism properties of car bon fr- ber reinforced epoxy resin composites, 3.5%(mass fraction) NaCl and pure water solution were used to immersion solution, and the immersion temperat ure were 30 C and 80 C respectively. The results showed that the mechanical properties of car bon fiber reinforced epoxy resin co mposites decreased af- ter the composites were immersed by the 3.5 %o NaCl and pure water solution, and the decrease of me- chanical properties was more obvious in 80 C temperat ure immersion solutions. The effect of solution contents on mechanical properties was not obvious at 30 C, however at 80 C the decreasing of me- chanical properties of car bon fiber/ epoxy composites in pure water was more notable Key words: car bon fiber reinforced epoxy resin composites; wet/ hot aging; corrosion 复合材料以其优异的力学性能在现代飞机结构部化,尤其是对纤维与树脂基体之间粘结情况的变化十 件,特别是直升机上得到了广泛的应用。尽管复合材分敏感。因此,可以通过复合材料吸湿率及一些力 料具有良好的耐腐蚀性能,但是最近的研究表明,复合学性能的改变,推断复合材料内部受破坏及界面的粘 材料并非永不发生腐蚀,温度、湿度、紫外光等都会使结状况 其力学性能降低"2,其中湿热老化是复合材料的主 本工作针对南海地域的自然环境,在实验室对碳 要腐蚀失效形式。在水、温度及一些介质的协同纤维增强环氧树脂基复合材料进行加速仿真腐蚀实 作用下,复合材料会发生腐蚀,导致其力学性能指标明验;研究结果显示:复合材料吸收水份,导致其静态和 显下降。在高温下由于纤维与树脂基体热膨胀系数的动态力学性能都下降 差异,导致在界面处形成内压力;热水浸泡会引起树脂 基体发生溶胀,在纤维/树脂界面处产生溶胀应力;以1实验 及水分子或其它介质离子通过界面的扩散和渗透,都 会使界面脱粘,从而促进复合材料性能的降低。在湿1.1实验材料 热环境下力学性能的改变可以反映复合材料中界面粘 3233/G814-0°编织型层合板碳纤维增强环氧树 结状况的变化。动态力学行为对复合材料内部的变脂基复合材料试样,由北京航空材料研究院提供。 201994-2010ChinaAcademicJournaleLectronicPublishingHouse,Allrightsreservedhttp://www.cnki.net湿热老化对碳纤维/ 环氧树脂基复合材料力学性能 影响研究 St udy of Hydrot hermal Aging Effect on Mechanical Properties of Carbon Fiber / Epoxy Resin Composites 吕小军1 ,张 琦1 ,马兆庆1 ,许俊华2 , 肖文萍2 (1 北京航空航天大学 材料科学与工程学院 ,北京 100083 ; (2 中国直升机设计研究所 ,江西 景德镇 333001) L U Xiao2jun 1 , ZHAN G Qi 1 , MA Zhao2qing 1 ,XU J un2hua 2 ,XIAO Wen2ping 2 (1 School of Materials Science and Engineering , Beijing University of Aeronautics and Astronautics , Beijing 100083 , China ; 2 Chinese Helicopter Research and Development Institute , Jingdezhen 333001 , Jiangxi ,China) 摘要 : 研究了 3. 5 %(质量分数) NaCl 溶液和去离子水两种介质分别在 30 ℃和 80 ℃两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强 树脂基复合材料力学性能的影响。研究发现 :浸泡使复合材料的力学性能下降 ,80 ℃下浸泡使复合材料力学性能下降更 显著 ;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显 ,80 ℃下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著。 关键词 : 碳纤维增强树脂基复合材料 ;湿热老化 ;腐蚀 中图分类号 : TB383 文献标识码 : A 文章编号 : 100124381 (2005) 1120050204 Abstract : In order to st udy t he influence of solution immersion on mechanism properties of carbon fi2 ber reinforced epoxy resin composites , 3. 5 % (mass fraction) NaCl and p ure water solution were used to immersion solution , and t he immersion temperat ure were 30 ℃and 80 ℃respectively. The results showed t hat the mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy resin composites decreased af2 ter the composites were immersed by the 3. 5 % NaCl and p ure water solution , and t he decrease of me2 chanical properties was more obvious in 80 ℃temperat ure immersion solutions. The effect of solution contents on mechanical properties was not obvious at 30 ℃, however at 80 ℃t he decreasing of me2 chanical properties of carbon fiber/ epoxy composites in p ure water was more notable. Key words : carbon fiber reinforced epoxy resin composites; wet/ hot aging ; corrosion 复合材料以其优异的力学性能在现代飞机结构部 件 ,特别是直升机上得到了广泛的应用。尽管复合材 料具有良好的耐腐蚀性能 ,但是最近的研究表明 ,复合 材料并非永不发生腐蚀 ,温度、湿度、紫外光等都会使 其力学性能降低[1 ,2 ] ,其中湿热老化是复合材料的主 要腐蚀失效形式[3 - 6 ] 。在水、温度及一些介质的协同 作用下 ,复合材料会发生腐蚀 ,导致其力学性能指标明 显下降。在高温下由于纤维与树脂基体热膨胀系数的 差异 ,导致在界面处形成内压力 ;热水浸泡会引起树脂 基体发生溶胀 ,在纤维/ 树脂界面处产生溶胀应力 ;以 及水分子或其它介质离子通过界面的扩散和渗透 ,都 会使界面脱粘 ,从而促进复合材料性能的降低。在湿 热环境下力学性能的改变可以反映复合材料中界面粘 结状况的变化。动态力学行为对复合材料内部的变 化 ,尤其是对纤维与树脂基体之间粘结情况的变化十 分敏感[7 ] 。因此 ,可以通过复合材料吸湿率及一些力 学性能的改变 ,推断复合材料内部受破坏及界面的粘 结状况。 本工作针对南海地域的自然环境 ,在实验室对碳 纤维增强环氧树脂基复合材料进行加速仿真腐蚀实 验 ;研究结果显示 :复合材料吸收水份 ,导致其静态和 动态力学性能都下降。 1 实验 1. 1 实验材料 3233/ G814 - 0°编织型层合板碳纤维增强环氧树 脂基复合材料试样 ,由北京航空材料研究院提供。 50 材料工程 / 2005 年 11 期