熱氧老化對(duì)三維四向編織碳-環(huán)氧復(fù)合材料耐久性的影響.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料因具有高的比強(qiáng)度與比剛度，被廣泛用來制造航空航天結(jié)構(gòu)件。然而，碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料在熱氧環(huán)境下基體樹脂會(huì)發(fā)生氧化降解，造成基體和纖維/基體界面性能下降，縮短材料的使用壽命。
　　本文研究了三維四向編織預(yù)制件和平紋碳布疊層這兩種不同增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料在接近(80℃、100℃、120℃)和超過(140℃)基體樹脂玻璃環(huán)轉(zhuǎn)變溫度(120℃)下老化168、360、720和1200h后的失重

2、、導(dǎo)熱、振動(dòng)、彎曲、剪切、沖擊等性能，結(jié)果表明三維四向編織碳/環(huán)氧復(fù)合材料（三維編織復(fù)合材料）上述性能的保留率都大于層合平紋碳布/環(huán)氧復(fù)合材料（層合復(fù)合材料）。這是由兩者的增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致的:一方面，層合復(fù)合材料試樣中纖維末端暴露于空氣中的面積大于三維編織復(fù)合材料，導(dǎo)致層合復(fù)合材料纖維/基體界面氧化失重大于三維編織復(fù)合材料;另一方面，三維編織復(fù)合材料的這種整體結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間熱氧老化導(dǎo)致基體性能和界面結(jié)合力下降的情況下也能夠使所有纖維共

3、同承擔(dān)外部載荷，而不會(huì)像層合復(fù)合材料一樣發(fā)生分層破壞。
　　采用液相沉積法在碳纖維表面沉積了石墨烯制備了三維四向編織碳/石墨烯/環(huán)氧復(fù)合材料。石墨烯的引入使得三維四向編織碳/石墨烯/環(huán)氧復(fù)合材料界面相中形成了一個(gè)粘結(jié)性能好、減少熱應(yīng)力集中的梯度界面層（導(dǎo)熱系數(shù)低于碳纖維而高于環(huán)氧樹脂），該界面層可以有效的減緩界面的熱氧破壞，提高了三維四向編織碳/環(huán)氧復(fù)合材料的熱氧穩(wěn)定性。
　　本文從隨機(jī)過程的角度建立了碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合

4、材料性能與老化時(shí)間的“隨機(jī)過程模型”，并對(duì)這一模型進(jìn)行了改進(jìn)建立了“改進(jìn)型隨機(jī)過程模型”而后與類Arrhenius方程結(jié)合建立了性能—時(shí)間—溫度的三元非線性模型。利用該三元模型，以彎曲強(qiáng)度為老化性能的評(píng)定指標(biāo)，估算了彎曲強(qiáng)度保留率為0.7時(shí)三維四向編織碳/環(huán)氧復(fù)合材料和層合平紋碳布/環(huán)氧復(fù)合材料的室溫(298K)貯存壽命的下限值為分別為39.86年和29.45年，并對(duì)上述貯存壽命的可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果為39.86年的可靠度為0.999