T700/9916復合材料層合板恒溫吸濕行為研究

曹 素， 王 波， 矯桂瓊

（西北工業大學力學與土木建筑學院，西安 710129）

碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）由于具有較高的比強度和比剛度，較好的可設計性和抗疲勞斷裂性能，已成為航空航天飛行器結構件中的重要材料［1］。然而，不論是未增強的樹脂還是樹脂基復合材料都能從周圍環境中吸收水分，被吸入的水分可能引起材料的膨脹，特別是在較高溫度情況下，可能軟化和減弱基體和基體/纖維界面，因此吸濕行為對材料的力學性能有很大的危害［2］。了解碳纖維增強樹脂基復合材料的吸濕過程，確定材料的吸濕量和內部水分分布，對研究材料的老化過程以及預測構件的服役壽命極其重要。

大量研究表明［3～6］，CFRP 材料吸濕行為的主要機制是水分擴散過程，吸濕過程主要受環境溫度和相對濕度的影響，其中材料的飽和吸濕量與環境的相對濕度有關，而擴散系數的變化則依賴環境溫度。Shen C H和Springer G S［7］提出的一維Fick擴散模型在忽略側面吸濕的前提下，可用于根據實驗值求得擴散系數和吸濕動力學曲線。國內外已有學者［8，9］使用有限元模擬軟件 ABAQUS對 CFRP薄板的吸濕行為進行模擬，模擬結果與實驗值吻合較好，驗證了ABAQUS軟件模擬纖維復合材料吸濕行為的可行性。

由于復合材料層合板的各向異性特征，以及碳纖維不吸濕而基體吸濕，用傳統實驗方法確定材料的擴散率和飽和吸濕量周期較長，并且難以得到材料內部的水分分布情況。因此，本研究根據ASTM D 5229/D 5229M—1992（2004）標準［10］對 CFRP 層合板T700/9916在70℃恒溫水浴和70℃相對濕度為98%，91%，84%恒溫恒濕環境箱中進行吸濕實驗。……