高低温老化对碳纤维增强复合材料层间力学性能的影响

发布时间：2021-02-27 03:57

　　为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）层间力学性能在温度环境中的老化失效行为,设计了CFRP层间拉伸、层间剪切和弯曲实验,选取高温（80℃）、低温（-40℃）和高低温循环（-40℃～80℃）3种老化环境,分别进行0（未老化）、5、10、15、20、25、30天的老化实验,采用傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）,对CFRP老化前、后的化学成分变化和玻璃态转换温度（Tg）进行测试分析,并测试分析了CFRP层间失效强度随老化时间的变化规律,通过宏观断面和微观分析揭示层间性能的老化作用机理。结果表明:在高温和高低温循环老化作用下,通过FTIR发现CFRP官能团的变化趋势和程度大致相同,并且通过DSC发现CFRP老化后发生了化学键的断裂。高温和高低温循环老化后CFRP层间力学性能总体上发生了一定程度的退化,且衰减幅度比较接近,发现CFRP撕裂主要是纤维/基体界面开裂引起的,纤维发生断裂并且纤维表面比较光滑,说明老化使纤维丝与基体的界面结合力显著下降。但是,低温老化对CFRP层间性能的影响不明显。 

【文章来源】：吉林大学学报(工学版). 2020,50(04)北大核心

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【部分图文】：

图1 层间拉伸、层间剪切和弯曲板材示意图

为了测定CFRP层间性能在高温（80℃）、低温（-40℃）和高低温循环（-40℃～80℃）老化中的变化规律，先将CFRP板材放置到高低温湿热环境箱内，湿度设置为常湿（相对湿度50%），并按照温度循环谱进行温度老化实验（见图4），采用控制变量法分别设置7种老化周期的对比组，分别为0（未老化）、5、10、15、20、25、30天，每组设置4个实验样本。然后，制作成CFRP层间拉伸和层间剪切试件，通过万能拉伸试验机（长春科新实验仪器有限公司提供），对老化后的CFRP试件分别进行准静态的层间力学性能测试，为了消除非轴向力对实验测试的影响，在试件两头采用十字万向节结构。试验机以2 mm/min的恒定速度作用试件直至破坏，记录实验数据，获得CFRP层间力学性能的载荷‐位移曲线，计算不同老化周期后的层间性能。图3 粘接夹具

粘接夹具

【参考文献】：
期刊论文
[1]T700/5224复合材料在湿热环境和化学介质中的老化行为[J]. 张晓云,曹东,陆峰,刘建华.  材料工程. 2016(04)
[2]高温老化对碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料力学性能的影响研究[J]. 隋晓东,梁成利,刘文博,王荣国,吕新颖,江龙,张春平.  纤维复合材料. 2011(01)
[3]复合材料高温强度测试分析及数值模拟[J]. 陈明,龙连春,陈众迎,张伟,阳志光.  材料导报. 2010(14)

硕士论文
[1]高低温循环作用后CFRP层合板力学性能演变研究[D]. 肖琳.哈尔滨工业大学 2014



本文编号：3053650