湿热老化对非织造织物增强聚合物复合材料原位扫描电镜测试失效行为的影响

摘要整理

本研究分析了湿热老化对非织造织物（NCF）基纤维增强聚合物（FRP）环氧复合材料的力学性能、吸水现象和失效机制的影响。试样在35°C下分别浸泡于去离子水和海水中至完全饱和。对比研究了湿热老化对NCF玄武岩FRP和NCF E-玻璃FRP复合材料吸湿特性、弯曲性能及相应失效机制的影响，两种复合材料的纤维体积分数均约为54%。采用配备三点弯曲测试夹具的JEOL JSM-5600扫描电镜（SEM）进行原位测试。结果表明：NCF玄武岩FRP复合材料在去离子水和海水中的吸湿性能均低于NCF E-玻璃FRP复合材料；湿热老化显著降低了两种复合材料的弯曲强度，其中NCF玄武岩FRP的弯曲强度下降约30%-35%，NCF E-玻璃FRP的弯曲强度下降约35%-40%；NCF玄武岩FRP的弯曲模量基本不受影响，而NCF E-玻璃FRP的弯曲模量下降约15%。原位SEM测试表明，吸湿老化后两种复合材料的失效机制相似，失效初期表现为张力侧底层90°亚层的纤维/基体界面脱粘，最终失效由压缩侧顶层0°亚层的纤维褶皱引起。研究还表明：浸泡于去离子水中的NCF FRP复合材料吸湿含量和扩散系数低于浸泡于海水中的试样；原位扫描电镜力学测试技术能够实时监测FRP复合材料的损伤扩展过程；三点弯曲加载下，NCF FRP复合材料的损伤初期表现为张力侧纤维/基体脱粘，最终失效由压缩侧纤维褶皱导致。

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