3D正交麻/玄武岩混杂复合材料在湿热老化下的弯曲性能衰减

摘要整理

本研究采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺，以玄武岩纤维（BF）和碱处理黄麻纤维（JF）为增强体，制备了七层通厚正交3D编织混杂复合材料。在25°C/65°C条件下进行90天湿热老化，研究其弯曲性能演变规律。吸湿过程遵循Fick扩散规律，黄麻纤维体积分数越高，平衡吸湿量越大，温度升高加速水分扩散。三点弯曲试验表明老化导致性能衰减，65°C老化90天后，[7B]、[3B4J]、[4J3B]、[5J2B]和[7J]的弯曲强度保留率分别为74.19%、72.62%、69.13%、68.03%和67.01%。值得注意的是，交错排列的[3B4J]层序优于集中排列的[4J3B]，表现出更好的弯曲强度保留率。对于单一纤维复合材料，65°C湿热条件加剧了纯黄麻基复合材料的性能衰减，混杂效应能有效缓解这一衰减，但会削弱纯玄武岩基复合材料的固有机械优势。衰减机制包括：水分侵入纤维-基体界面引起的脱粘、基体膨胀诱发内应力导致的基体开裂，以及黄麻纤维因羟基吸水膨胀引起的亲水性劣化。高温热应力加剧了上述过程。黄麻纤维吸湿具有双重作用：既导致其自身力学性能下降，又通过增强材料韧性来抑制裂纹扩展。本研究为优化耐湿热天然纤维混杂复合材料提供了理论依据。

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