本文研究了濕熱老化環(huán)境對復合材料吸濕性能的影響，分析了材料彎曲強度、彎曲模量隨老化時間的變化關系。研究結果表明，在濕熱老化初期，材料吸濕變化滿足Fickian擴散定律，在濕熱老化后期材料增重率出現(xiàn)偏離Fickian定律的現(xiàn)象；隨濕熱老化時間的增加，復合材料的彎曲強度、彎曲模量均有不同程度的下降，并且在濕熱老化后期復合材料彎曲強度受界面性能的影響顯著。建立了復合材料力學性能與濕熱老化時間的定性／定量關系，在耐久性預測模型中引入界面參數的概念，擬合結果與實測值較為接近。

       近年來，纖維增強樹脂基復合材料以其高比強度、高比模量、低密度、耐腐蝕以及結構可設計等特點，在機械、汽車、化學、航空宇航、建筑、土木工程、風力發(fā)電等領域內得到大規(guī)模的應用，其用量及重要性逐年上升。其中以玻璃纖維增強樹脂基復合材料應用較為廣泛‘-司。復合材料的性能特點使得它們多被作為起承載作用的結構材料來使用，因此力學性能對于結構材料來說至關重要。力學性能的下降可能導致整個結構的破損甚至失效。因此，研究纖維增強復合材料在典型環(huán)境下的力學性能變化——老化行為，意義重大。

      各種環(huán)境對玻璃纖維增強復合材料性能的影響各不相同。Nakai等人以環(huán)氧樹脂為基體，玻璃纖維織物為增強材料，研究了復合材料在80℃水中浸泡時間對其吸水率及力學性能的影響。結果表明，所有復合材料的吸水率均隨著浸泡時間的延長而逐漸增加，并且在起初的0 -8h時快速吸水，之后趨緩或不變，高溫吸水率總是高于低溫時的吸水率。這是因為高溫會使水分子加速擴散，從而加速了材料的老化。文章作者認為在理想情況下，水分子在材料中的擴散以費肯定律為依據，并且假設測試試樣的六個面都是均一的、等同的，但實際情況并非完全如此。水分子的進入會受到多方面因素的影響，如材料表面的不同以及邊緣粗糙度等。Gupta等人圈采用玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料為研究對象，在不同的邊緣、織物形式、載荷和溫度條件下進行測試，提出一種與材料邊緣和表面有關的非線性吸水行為的模型。該模型考慮了材料吸水膨脹、表面粗糙度、表面織物形式、熱梯度及層間吸水對材料吸水速率的影響，此模型較傳統(tǒng)模型更接近真實情況。在濕熱環(huán)境下，水分子的擴散引起材料內部的膨脹應力，溫度則引起相應的熱應力。膨脹應力、水分子的擴散和熱應力三者協(xié)同作用，引起復合材料的幾何約束，進而導致了材料內部殘余應力的產生。本質上說，環(huán)境的作用引起纖維與基體間性能的不匹配，使殘余應力在很小的范圍內形成。另外，濕熱環(huán)境同樣會通過水解反應和化學反應等方式，使界面產生滲透壓，造成界面性能的弱化；而化學降解也會造成基體和纖維性能的下降-閽。因此，研究纖維增強復合材料在老化過程中除了要考慮到水分及溫度引起的應力，還要考慮到其中發(fā)生的化學變化，是揭示降解機理的重要手段。

       在復合材料耐久性模型預測方面，各國學者也作了諸多研究。例如學者司通過對材料進行動態(tài)力學分析(DMA），得到材料的儲能模量及損耗模量，應用Takayanagi模型‘1司預測復合材料的使用壽命。傳統(tǒng)的認識是將復合材料分為纖維、基體和界面三個方面來考慮，而這種Takayanagi模型將復合材料分為兩部分來考慮：第一部分為全部的纖維和部分樹脂，即指環(huán)繞纖維的界面部分的樹脂；第二部分為剩余的樹脂，也就是間隙樹脂。實驗證明當應力傳遞很小的時候，這種模型是比較適用的。另外，根據時溫等效原理，可以有效的預測時間溫度耦合作用下材料力學性能的變化。但是時間、溫度、濕度三者耦合作用下材料的長期性能預測尚不明確.

        傳統(tǒng)預測模型應用線性、粘彈性和時韞等效原理，但大多未考慮復合材料一個很重要的方面，即界面性能。老化后期，復合材料破壞模式主要為分層，在后期老化過程中，纖維與樹脂基體之間的界面會發(fā)生變化，這是導致老化后期材料力學性能下降的重要因素。對于界面性能變化，可以應用復合材料及基體的玻璃化轉變溫度進行定量分析。因此，結合復合材料的老化失效機理開展長期性能的預測，是非常必要的。

資料下載：   復合材料濕熱老化行為研究及其耐久性預測.pdf