碳纤维增强热塑性复合材料在V型储氢罐中的长期性能：吸湿热老化对物理化学和力学性能的影响

摘要整理

本研究调查了用于V型储氢罐的碳纤维增强聚邻苯二甲酰胺（CF/PPA）复合材料的吸湿热老化行为。在服役过程中，该材料暴露于潮湿环境中。在25°C、50°C、80°C和90°C条件下进行了水吸收评估，老化时间长达240 h。水吸收过程遵循双Fick模型，第一阶段扩散系数（D₁）范围为1×10⁻¹²～5×10⁻¹² m²/s，第二阶段扩散系数（D₂）范围为2×10⁻¹³～5×10⁻¹³ m²/s，饱和吸水量最高达3.9 wt%。这种双阶段扩散机制反映了水分既向聚合物基体内部渗透，也沿纤维/基体界面通过毛细管运输进入，导致纤维周围界面区域发生局部塑化。研究了水吸收对物理化学和力学性能的影响。观察到玻璃化转变温度（Tg）显著下降，证实了PPA基体的塑化效应。进行了拉伸试验以确定水含量对极限应力的影响。结果表明，在不同温度下，随着水含量增加，极限应力呈下降趋势。显微分析证实了20°C和90°C下老化72 h后纤维与基体之间的界面脱粘，且高温条件下脱粘现象更为严重。这些发现强调了纤维/基体界面在调控吸湿诱发降解中的关键作用，突出了考虑双阶段扩散机制的重要性。

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