高温和吸湿老化对碳纤维增强复合材料层间力学性能的影响

摘要整理

碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车轻量化领域具有广阔的应用前景，但其在吸湿热环境下的性能衰退机制仍是制约工程应用的关键问题。本研究重点关注高温与湿度耦合作用下CFRP层间力学性能的衰退机制。通过加速老化实验和多尺度表征，分析了吸水率与层间强度的关联性。结果表明：在高温环境（80°C、25% RH）下，短期老化约360 h内，后固化效应导致层间拉伸和剪切破坏强度分别增加7.5%和6.9%；长期老化约1440 h后，热氧降解作用减缓了强度增长。在高温/高湿环境（80°C、95% RH）下，CFRP的吸水率随老化时间呈非线性增长，约1080 h后达到平衡，层间拉伸和剪切强度分别下降34.5%和33.5%。基于层间强度数据，建立了考虑吸湿热衰退因素的CFRP层间内聚力区模型，可预测任意老化时间的失效情况，为CFRP构件的层间性能衰退和耐久性设计提供重要参考。

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