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 恢复后的T2;第二个原因可能是由于实验浸泡的时间子链的活动能力差别增大,当差别至一定程度时,只使 较短,当复合材料吸收水分时,水分优先进入树脂主体复合材料表面基体材料塑化,复合材料内部的性能没 而不是界面区的树脂网络内,由于界面处分子链的活有变化,因此在DMTA图上出现两个独立的T 动性差,界面区内树脂的吸湿量低于主体树脂,复合材峰。在低温300时,由于吸收水分少,对72影响不显 料吸湿没有达到饱和,水的优先进入使不同区域内分著,因此只有一个峰值 表2溶液浸泡对复合材料动态力学性能的影响 Table 1 Influence of solution immersion on the dy namie mechanical property of composites E/×10° E/×10 Experimental conditio T Experimental condition Tg/ C Room temperature240℃ 240℃ Blank spec 145.64 12.45 0.618 Blank specimens 145.64 12.45 30℃NaC110day 0. 578 30 C pure water 10 days 130.68 0.551 CNaCl 20 day 139.04 0. 501 30 C pure water 20 days 135 0.544 30℃Na130dav 137.64 0. 601 30 Cpure water 30 days 133.49 80Na10days123.15 9 0.476 80 C pure water 10 days 120. 95 0.497 80℃NaC120days119.0 0.445 80 C pure water 20 days 117.72 0.432 8.824 0.474 80 Cpure water 30 days 118.23 材料主要产生增塑效应;而且在湿热老化期间,后 固化与物理老化均不明显,如果有,也被水的塑化作用 所掩盖了12。水的塑化作用致使复合材料的玻璃化 转变温度和模量下降明显。对增塑效应使玻璃化转变 温度下降的原因作如下推测:水渗入到树脂基体中,使 高分子链之间的距离增大,从而减小了链段间的作用 005 力,使链段的运动变得相对容易,而且温度越高,树脂基 体链段的松弛运动越快,因而使玻璃化转变温度降低 图3两种溶液在30℃浸泡后试样的TB和E曲线 结论 ig. 3 Tg and Curves of specimens in two immersion sol utions at 30 C (1)浸泡使复合材料增重,而且温度越高,试样的 吸水增重速率越大。在去离子水中浸泡试样的增重率 比在盐水中浸泡增重率要大。30℃两种溶液中增重率 blank 0.15 变化不是很明显 (2)浸泡使复合材料的静态力学性能下降,温度越 Nacl 30days 高,浸泡时间越长,湿含量越高,静态力学性能下降越 明显。 100150200250 (3)湿热环境使复合材料的模量降低,玻璃化转变 Temperature℃ 温度下降。而且温度越高,随湿含量的增加,Tg下降 图4两种溶液在80℃浸泡后试样的T和E曲线 越明显,介质成分对Tg影响不显著 Fig. 4 Tg and Curves of specimens in two immersion solutions at 80 C (4)初步通过加速湿热老化,在短期内获得复合 另由图3与图4显示可看出经过两种溶液不同材料层压板的湿含量力学性能r的关系,为估算出 温度浸泡后,峰变宽,80℃浸泡后的r2峰比30℃复合材料层压板的日历寿命打好基础 浸泡后的T峰宽,反映了链段运动的分散性,说明浸 参考文献 泡后由于水分子的塑化作用使复合材料链段运动过程 变长10 []李晓骏,许凤和,陈新文.先进聚合物基复合材料的热氧老化研究 由动态力学性能实验看出,水分子的进入对复合 (下转第57页) 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net恢复后的 Tg ;第二个原因可能是由于实验浸泡的时间 较短 ,当复合材料吸收水分时 ,水分优先进入树脂主体 而不是界面区的树脂网络内 ,由于界面处分子链的活 动性差 ,界面区内树脂的吸湿量低于主体树脂 ,复合材 料吸湿没有达到饱和 ,水的优先进入使不同区域内分 子链的活动能力差别增大 ,当差别至一定程度时 ,只使 复合材料表面基体材料塑化 ,复合材料内部的性能没 有变化[13 ] ,因此在 DM TA 图上出现两个独立的 Tg 峰。在低温 30 ℃时 ,由于吸收水分少 ,对 Tg 影响不显 著 ,因此只有一个峰值。 表 2 溶液浸泡对复合材料动态力学性能的影响 Table 1 Influence of solution immersion on the dynamic mechanical property of composites Experimental condition Tg/ ℃ E′/ ×10 9 Room temperat ure 240 ℃ Experimental condition Tg/ ℃ E′/ ×10 9 Room temperature 240 ℃ Blank specimens 145. 64 12. 45 0. 618 Blank specimens 145. 64 12. 45 0. 618 30 ℃NaCl 10 days 139. 0 10. 18 0. 578 30 ℃pure water 10 days 130. 68 10. 88 0. 551 30 ℃NaCl 20 days 139. 04 10. 4 0. 501 30 ℃pure water 20 days 135. 7 10. 53 0. 544 30 ℃NaCl 30 days 137. 64 11. 19 0. 601 30 ℃pure water 30 days 133. 49 12. 01 0. 611 80 ℃NaCl 10 days 123. 15 9. 216 0. 476 80 ℃pure water 10 days 120. 95 9. 432 0. 497 80 ℃NaCl 20 days 119. 0 9. 191 0. 445 80 ℃pure water 20 days 117. 72 8. 683 0. 432 80 ℃NaCl 30 days 118. 46 8. 824 0. 474 80 ℃pure water 30 days 118. 23 9. 095 0. 484 图 3 两种溶液在 30 ℃浸泡后试样的 Tg 和 E′曲线 Fig. 3 Tg and E′curves of specimens in two immersion solutions at 30 ℃ 图 4 两种溶液在 80 ℃浸泡后试样的 Tg 和 E′曲线 Fig. 4 Tg and E′curves of specimens in two immersion solutions at 80 ℃ 另由图 3 与图 4 显示可看出 ,经过两种溶液不同 温度浸泡后 , Tg 峰变宽 ,80 ℃浸泡后的 Tg 峰比 30 ℃ 浸泡后的 Tg 峰宽 ,反映了链段运动的分散性 ,说明浸 泡后由于水分子的塑化作用使复合材料链段运动过程 变长[ 10 ] 。 由动态力学性能实验看出 ,水分子的进入对复合 材料主要产生增塑效应[11 ] ;而且在湿热老化期间 ,后 固化与物理老化均不明显 ,如果有 ,也被水的塑化作用 所掩盖了[12 ] 。水的塑化作用致使复合材料的玻璃化 转变温度和模量下降明显。对增塑效应使玻璃化转变 温度下降的原因作如下推测 :水渗入到树脂基体中 ,使 高分子链之间的距离增大 ,从而减小了链段间的作用 力 ,使链段的运动变得相对容易 ,而且温度越高 ,树脂基 体链段的松弛运动越快 ,因而使玻璃化转变温度降低。 3 结论 (1) 浸泡使复合材料增重 ,而且温度越高 ,试样的 吸水增重速率越大。在去离子水中浸泡试样的增重率 比在盐水中浸泡增重率要大。30 ℃两种溶液中增重率 变化不是很明显。 (2) 浸泡使复合材料的静态力学性能下降 ,温度越 高 ,浸泡时间越长 ,湿含量越高 ,静态力学性能下降越 明显。 (3) 湿热环境使复合材料的模量降低 ,玻璃化转变 温度下降。而且温度越高 ,随湿含量的增加 , Tg 下降 越明显 ,介质成分对 Tg 影响不显著。 (4) 初步通过加速湿热老化 ,在短期内获得复合 材料层压板的湿含量2力学性能2 Tg的关系 ,为估算出 复合材料层压板的日历寿命打好基础。 参考文献 [ 1 ] 李晓骏 ,许凤和 ,陈新文. 先进聚合物基复合材料的热氧老化研究 (下转第 57 页) 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 53