濕熱老化對環氧樹脂復合材料性能產生的影響

操隆震 余萬興

摘 要：濕熱老化的環境狀態條件，會影響到環氧樹脂復合材料的自身性能，從而對于這些材料制作的雷達天線罩產生不良影響，全面探究濕熱老化產生的影響，將具有較強的研究意義。本文主要是從環氧樹脂復合材料老化試驗的主要方法入手，針對濕熱老化對環氧樹脂復合材料性能產生的影響進行全面細致的分析和說明。

關鍵詞：濕熱老化；環氧樹脂；復合材料；性能；影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.050

1 前言

環氧樹脂及其復合材料在現階段的雷達天線罩中應用程度較高，能夠發揮較大的作用，這主要是因為其本身的力學強度較高，具有較強的耐腐蝕性，工藝性能較高，并且在較為寬廣的頻率和溫度范圍內都能夠具有較為優異的電性能。雷達天線罩在實際應用的過程中，免不了遭受風吹日曬，使用性能也會受到很多環境條件的影響，這些環境因素在不同的作用機制下能夠影響到復合材料，從而可能會導致這些材料的性能出現下降或者損壞變質的情況，這就是常說的“腐蝕”或者“老化”。在眾多的研究實踐中，能夠發現濕熱老化是影響環氧樹脂復合材料自身性能的重要原因之一，需要對其進行全面細致的分析。

2 環氧樹脂復合材料老化試驗的主要方法

針對環氧樹脂復合材料在一定環境條件下的老化規律和耐老化性能進行全面評價和研究，通常情況下，能采用的老化試驗方法較多，總體上能夠劃分為兩類：一方面是自然老化試驗方法，這種方法主要是充分應用了自然環境條件、自然介質開展試驗工作，常見的有倉庫貯存試驗、大氣老化試驗、水下埋藏試驗以及還會浸漬試驗等方面。另一方面是人工老化試驗方式，這種方法在實際應用的過程中，主要采用了人工的方式，針對大氣環境條件或者試驗所需要的特定環境條件進行模擬，重點強化和突出某些因素，從而在較短時間內獲取試驗結果。這類方法常見的有熱老化試驗、人工氣候試驗、臭氧老化試驗以及二氧化硫氣體腐蝕試驗等方面。

3 濕熱老化對環氧樹脂復合材料性能產生的影響

環氧樹脂復合材料在受到外界環境的影響作用下，會發生一定的變化，這些變化通常會直接影響到材料本身的性能和結構。針對這種影響情況進行全面分析和研究，將能為有效控制濕熱老化問題提供良好的前提條件。

3.1 環氧樹脂復合材料在濕熱環境條件下的變化

環氧樹脂復合材料本身容易發生濕熱老化問題，這主要是因為濕熱的環境條件會使得材料的性能發生改變，主要表現為基體、基體界面或者纖維以及纖維界面出現變化或者性質方面受到破壞，這樣水分在逐漸進入材料的過程中，導致環氧樹脂復合材料絕緣性能呈現下降狀態，并且力學性能也出現變化[1]。

3.2 需要的試驗設備材料

針對環氧樹脂復合材料進行試驗，選取的主要材料是GF/EP608復合材料，該項材料采用熱壓灌法制作而成。針對試驗材料進行濕熱循環實驗，保持4小時為一個循環周期，為了保證最終試驗效果的準確性，需要最少開展10個周期的循環。試驗進行時，溫度下降的過程中，可以將相對濕度降低到85%，其他情況都需要將相對濕度保持在（95±5）%。在具體試驗過程之中，需要采用的試驗儀器和設備主要包括了TH2683絕緣電阻測試儀、HIOKI3532-50LCR介電頻譜測試儀、HS-100恒溫恒濕濕熱老化箱、Nexus傅里葉變換紅外光譜儀、OBG-3高頻表、RGT-4000電子萬能試驗機等方面[2]。

3.3 濕度方面的影響

按照不同的濕熱老化時間，針對GF/EP608復合材料的重量進行稱量，能夠發現，其隨著時間的延續，材料本身的吸濕率也在不斷上升，而在最開始的96小時內上升速率較快，隨后上升曲線逐漸變緩，這種變化曲線較為滿足材料本身的濕含量和老化時間平方根成線性關系的規律，能夠得出GF/EP608復合材料本身在初期時候，主要表現為水能夠在材料之中發生逐漸擴散和滲透的情況[3]。

3.4 力學性能方面的影響

研究濕熱老化對于GF/EP608復合材料力學性能造成的影響，能夠根據實驗得知，需要從兩方面進行分析：第一，靜態力學性能方面。該項材料本身的力學強度值隨著時間的延長而呈現出了逐漸降低的情況并慢慢趨向于平緩。當經過了240小時的濕熱老化之后，GF/EP608復合材料的經、緯向的壓縮強度和彎曲強度以及層間剪切強度都出現了分別的下降，這些情況表明GF/EP608復合材料受到濕熱環境的影響較大[4]。處在濕熱環境狀態下，GF/EP608復合材料中的水會促使基體出現溶解變脹的情況，從而將會對于纖維產生一定剪應力，如果當這個應力增加到了一定范圍，引發界面出現脫粘情況的可能性較大。同時，高溫的水會給樹脂基本分子鏈產生負面影響，甚至會破壞到纖維和基體的化學結合情況。第二，動態力學性能。GF/EP608復合材料在濕熱老化環境下，前240小時儲能模量出現逐漸降低的情況，這就說明在吸濕狀體下的GF/EP608復合材料呈現出網絡松弛的情況，會影響到整個體系的儲能效果。而當240小時之后，GF/EP608復合材料受到濕熱老化的影響將會逐漸更趨向于低溫狀態。

4 結束語

環氧樹脂復合材料在現階段的雷達天線罩中能夠發揮積極作用，但是容易受到濕熱環境的影響，從而出現較多方面性能的變化，具體表現在了力學性能以及濕度方面，并且斷口形貌、介電性能方面也會發生較大的改變。針對環氧樹脂復合材料受到濕熱老化條件的影響進行全面細致的分析，將能夠為更好發揮環氧樹脂復合材料的作用和優勢，提供良好的前提條件。

參考文獻：

[1]高坤，史漢橋，孫寶崗等.濕熱老化對玻璃纖維/環氧樹脂復合材料性能的影響[J].復合材料學報，2016，33（06）：1147-1152.

[2]王占彬，張天驕，范金娟等.T700和T300碳纖維增強環氧樹脂基復合材料耐濕熱老化性能的對比[J].期刊論文，2015，39（07）.

[3]劉剛，張朋，楊喆等.尼龍無紡布結構化增韌層增韌碳纖維/環氧樹脂復合材料的濕熱力學性能[J].復合材料學報，2015，32（06）：

1633-1640.

[4]張朋，劉剛，張利等.尼龍無紡布增韌RTM復合材料的濕熱老化性能[J].復合材料學報，2015，32（05）：1301-1308.