湿热老化对IMA/M21E航空级碳纤维增强复合材料力学性能的影响

摘要整理

采用标准高温高压釜固化工艺制备了单向碳纤维增强复合材料（CFRP）IMA/M21E聚合物复合材料层板。该材料是目前用于飞机机翼部件制造的新型航空级CFRP复合材料。按ASTM标准制备了用于吸水率、拉伸和压缩试验的试样。部分试样在环境试验箱中进行湿热（热湿）老化处理，共设三种条件：(i) 45°C/85%相对湿度(RH)、(ii) 70°C/85% RH和(iii) 55°C/100% RH，直至达到吸水饱和。对干态和湿热老化后的试样测定了基体主导的力学性能，包括横向拉伸强度和纵向压缩强度。机械性能测试在伺服液压试验机上进行，测试过程中保持相应的湿热条件。研究表明，吸水速率逐步增加，根据老化条件不同，在0.76~1.24 wt%处达到饱和。在所有研究条件下，吸水过程均遵循Fickian扩散行为。开发了预测含水量和饱和时间的软件程序，预测结果与实验结果相关性良好。湿度的存在显著降低了拉伸强度约9~31%，压缩强度降低约2~8%。采用扫描电子显微镜对失效试样进行了微观观察，研究了失效机制。

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