高低溫循環(huán)-濕度-荷載耦合作用對(duì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料拉伸性能的影響

石建軍, 任銀銀, 賈 彬,2, 劉曹銳, 張佳賀

（1．西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院, 四川 綿陽(yáng) 621010；2．中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 結(jié)冰與防除冰重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 綿陽(yáng) 621000）

環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（EP-CFRP）具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛用于土木工程和航空航天領(lǐng)域[1]。

樹(shù)脂基復(fù)合材料性能會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。李洋洋[2]分析發(fā)現(xiàn)T700/HT280單向板試件經(jīng)過(guò) ?60～180 ℃高低溫循環(huán)20周次左右拉伸強(qiáng)度先升高，之后材料內(nèi)部出現(xiàn)界面損傷導(dǎo)致強(qiáng)度降低。劉佳琦[3]認(rèn)為T(mén)700/HT280多向板復(fù)合材料在 ?140～180 ℃循環(huán)后由于析氣效應(yīng)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降較快，20周期后材料發(fā)生的后固化效應(yīng)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降變緩。Meng等[4]發(fā) 現(xiàn)在 ?196～23 ℃熱循環(huán)作用后單向CFRP復(fù)合材料內(nèi)部缺陷被放大，拉伸強(qiáng)度有輕微的降低，循環(huán)150周期后下降了約2.4%。Lord等[5]發(fā)現(xiàn)在 ?51～140 ℃循環(huán)后復(fù)合材料出現(xiàn)基體開(kāi)裂、分層。循環(huán)初期約10周期左右，基體開(kāi)裂最為嚴(yán)重；隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋擴(kuò)展逐漸變緩，100周期左右材料出現(xiàn)明顯分層。以上研究表明，高低溫循環(huán)作用會(huì)影響碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性能。材料的種類(lèi)、高低溫循環(huán)的溫度區(qū)間以及循環(huán)周期等是導(dǎo)致樹(shù)脂基復(fù)合材料性能退化的重要因素。

樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能也會(huì)受到濕度的影響。De等[6]將EP-CFRP放置在溫度為30 ℃、相對(duì)濕度分別為56%、70%、84%的環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)顯示相對(duì)濕度越大，材料吸濕越快，吸濕率越大。Yalagach等[7]將玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧層合板放置在23 ℃、60 ℃、85 ℃三種溫度環(huán)境中，對(duì)應(yīng)每種溫度環(huán)境設(shè)置相對(duì)濕度分別為50%和85%的條件下，測(cè)得復(fù)材的擴(kuò)散系數(shù)和飽和吸濕量都隨溫度和濕度的增加而增加。……