张阿樱 张东兴 李地红 肖海英 贾 近

1.哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001 2.哈尔滨学院,哈尔滨,150086

0 引言

碳纤维增强环氧树脂复合材料作为一种先进的航空航天材料[1-3],近年来被越来越广泛地应用于航空航天等高技术领域。复合材料在使用和贮存过程中会受到各种环境因素的影响,其中湿热环境是复合材料结构最敏感的环境条件之一,湿热老化是复合材料的主要腐蚀失效形式[4]。在湿热环境下,纤维复合材料微结构可诱发变形、内应力、开裂等损伤形式,从而使材料性能下降[5]。因此,国内外学者对树脂基复合材料的吸湿过程[6-10]、老化机理[11-15]、湿热老化对界面[16-22]及力学性能[6-8,23-34]影响、有限元分析[35-36]等方面进行了大量研究。

1 碳纤维/环氧树脂层压板湿热性能的理论研究

1.1 碳纤维复合材料吸湿过程

纤维增强树脂基复合材料的湿热老化是复合材料经受吸湿、温度和应力联合作用而产生的退化过程[6]。复合材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程。湿热环境对树脂基复合材料性能的影响主要是通过对树脂基体、增强纤维以及树脂/纤维粘接界面产生不同程度的破坏而产生的[7]。由于碳纤维一般不吸湿,而一般的环氧树脂基体的分子结构中含有大量的羟基、氨基等极性亲水基团,使树脂基体的吸湿性强,吸湿率高。通常情况下,环氧树脂基复合材料的饱和吸湿率在1%～2%之间(碳纤维体积分数在60%左右)[8]。由此可知,复合材料吸水率主要决定于基体。吸水率和温度主要影响基体和由基体控制的强度和刚度。……