不同种类纤维增强复合材料湿热老化性能对比

摘要：

为研究碳纤维、玻璃纤维和植物纤维增强复合材料在湿热环境下的耐久性能差异,本文制备了纤维体积分数为60vol％的单向碳纤维/环氧树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)、玻璃纤维/环氧树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)和亚麻纤维/环氧树脂复合材料(Flax fiber reinforced polymer,FFRP),在23℃、37.8℃和60℃下进行了吸水试验,并测试了三种复合材料在厚度方向的膨胀率、拉伸性能和层间剪切性能,同时利用时温等效原理对它们的长期吸水性能及力学性能进行了预测.结果表明,三种复合材料的吸水行为在老化前期均符合Fickian扩散定律,而后期有所偏离.从吸水性能来看,FFRP具有最高的扩散系数、饱和吸水率和膨胀率.从力学性能来看,CFRP的拉伸性能随老化时间的增加几乎不变,而层间剪切强度小幅下降,烘干后其拉伸性能及层间剪切性能与未老化时相同,CFRP在老化过程中未发生不可逆变化.GFRP老化后的拉伸强度和层间剪切强度下降幅度较大,而拉伸模量下降幅度较小,烘干后拉伸性能得到部分恢复,而层间剪切强度则基本未有任何恢复,GFRP在老化过程中发生了玻璃纤维水解及界面脱粘等不可逆变化.由于吸水后亚麻纤维的塑化,FFRP的拉伸强度略微提高,而拉伸模量和层间剪切强度则急剧下降后保持稳定,烘干后,其拉伸强度反而大幅下降,拉伸模量及层间剪切强度则大幅上升,这与水分的塑化作用、纤维及基体的膨胀和降解等变化有关.由三种复合材料的长期性能预测结果可知,CFRP的长期力学性能保持率较好,GFRP的长期力学性能保持率较差,FFRP在拉伸强度保持率方面具有优势,研究结果为湿热环境下工程结构的选材和设计提供了一定的理论依据.

关键词：亚麻纤维、碳纤维、玻璃纤维、湿热老化、吸水性能、力学性能、长期性能预测

所属期刊栏目：39

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：科技部重点研发计划重点专项项目;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-10-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：4406-4419