湿热老化对碳/HT280复合材料力学性能的影响

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lang_tianhua
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随着航空航天技术的快速发展,树脂基复合材料在飞行器中的应用也越来越广泛。长期处于湿热环境下,复合材料会发生不同程度的老化、损伤甚至是破坏,进而影响飞行器的安全性和稳定性。本文以T700/HT280复合材料和HT280树脂为研究对象,对材料进行模拟湿热环境处理。利用红外光谱、动态力学热分析、扫描电镜和超声C扫描等表征手段分析湿热处理前后材料的老化机理,并分别研究了湿热老化对T700/HT280复合材料及其基体树脂拉伸性能、蠕变性能、拉-拉疲劳性能的影响。研究结果如下:随着湿热老化时间的增加,树脂和复合材料的吸湿率均呈先快速增长后缓慢增长最后趋于稳定的变化规律,符合Fick第二定律。树脂的饱和吸湿率约为3%,复合材料的饱和吸湿率约为1%。长期湿热处理使树脂产生了一定程度的湿热物理老化。随着湿热老化时间的延长,在吸湿和湿热热应力作用下,T700/HT280复合材料出现了不同程度的界面脱粘。随着湿热老化时间的增加,树脂的拉伸强度和蠕变后拉伸强度曲线变化规律一致,均呈先增加后下降的变化规律。经历湿热老化前后的树脂归一化蠕变应变-时间曲线均呈速率衰减变化趋势。通过模型拟合与实验对比发现:三参数时间硬化模型的蠕变拟合效果最好;Poynting-Thomson模型次之;Kevin模型拟合精度较差。三参数时间硬化模型能够较好的预测出HT280树脂的归一化蠕变应变-时间曲线,对长时间树脂蠕变行为的研究有一定的帮助。随湿热老化时间的增加,T700/HT280复合材料的拉伸强度先上升后下降,层剪强度呈单调下降趋势。湿热老化前后材料的拉伸强度均高于800MPa,材料耐湿热性能较好。层剪强度的变化规律表明,在吸湿和湿热热应力的共同作用下,界面的脱粘程度逐渐增大。60%和65%应力水平的刚度退化曲线均遵循“快-慢-快”的走势,呈现出完整的三个刚度退化阶段。归一化刚度退化模型可以对拉-拉疲劳试验后T700/HT280复合材料的刚度退化规律进行验证和预测。刚度退化曲线的第Ⅲ阶段和迟滞回能曲线的面积可以有效地表征出湿热环境因素诱导的材料环境损伤效应。
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