湿热老化碳纤维增强复合材料基体界面的近表面和深层表征

摘要整理

碳纤维增强复合材料（CFRP）中碳单丝与环氧基体之间的界面区域对纤维与基体间的应力传递至关重要。本研究首次在湿热老化CFRP上进行了近表面和深层界面区域的系统研究。复合材料试样在60°C、相对湿度90%的条件下暴露1年和2年，定期测量吸水量以评估材料的含水量变化。采用先进的原子力显微镜（AFM）峰值力定量纳米力学映射技术（PFQNM）研究界面区域的物理特性。该技术能够以纳米分辨率非破坏性地同时获取成像和力学性能数据。研究发现，界面厚度随湿热暴露时间增加而增加。碳单丝周围的界面呈现不均匀厚度分布，近表面水平约为85～95 nm，深层水平约为10～75 nm。老化试样的平均表面粗糙度降低，这可能是由于吸水导致的环氧基体膨胀所致。水分扩散基本遵循Fickian扩散规律。研究结果揭示了湿热环境对CFRP界面微观结构和性能的影响机制，为复合材料的长期服役评估提供了重要参考。

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