【摘 要】
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碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer.CFRP）的广泛应用,对其力学行为和性能的准确预测的要求日渐提高。开展湿热环境对复合材料性能影响的研究有重要的学术意义和工程价值。本文以研究湿热环境下碳纤维增强尼龙6复合材料（CF/PA6）的力学性能退化和损伤破坏行为为目标,分析其湿热老化前后性能下降幅度与规律,通过傅里叶红外光谱分析（Fourier Transf
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碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer.CFRP）的广泛应用,对其力学行为和性能的准确预测的要求日渐提高。开展湿热环境对复合材料性能影响的研究有重要的学术意义和工程价值。本文以研究湿热环境下碳纤维增强尼龙6复合材料（CF/PA6）的力学性能退化和损伤破坏行为为目标,分析其湿热老化前后性能下降幅度与规律,通过傅里叶红外光谱分析（Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR）和动态热机械分析（Dynamic Mechanical Analysis,DMA）,激光共聚焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscopy,LSCM）等表征手段分析湿热处理前后材料的老化机理;通过湿热老化前后对比试验分别研究湿热老化对CF/PA6复合材料静态力学性能,动态压缩力学性能及拉-拉疲劳性能的影响,并通过扫描电子显微镜（Search Engine Marketing,SEM）微观表征分析湿热老化对其破坏模式的影响,研究结果为了解湿热环境对复合材料性能影响提供有益参考。主要内容如下:（1）通过硫化机热模压工艺制备了CF/PA6复合材料层合板和纯PA6树脂板、并分别研究两种不同材料的吸湿性行为及吸湿后物化性能变化。通过吸湿试验发现,在一定的温度范围内,温度越高,CF/PA6复合材料和PA6复合材料的吸湿率和达到饱和吸湿的速率越大;CF/PA6复合材料吸湿符合FICK吸湿规律;通过FTIR和DMA表征发现,吸湿过程主要发生物理反应而非化学变化,通过LSCM发现湿热老化后,材料内部出现了不同程度的损伤。（2）湿热老化前后CF/PA6复合材料的静态力学性能退化及损伤破坏模式研究。研究表明,湿热环境对基体和界面影响较大,受界面和基体主导的90°方向力学性能,如90°拉伸强度/模量,弯曲强度/模量,90°压缩强度/模量和层间剪切强度,在湿热老化后性能衰减较为严重,纤维主导的0°方向的力学性能,如0°拉伸模量影响很小,0°拉伸强度、0°压缩模量/强度的影响较小,性能的衰减与材料吸湿率具有较高的正相关性。湿热老化前后,材料的破坏模式未发生明显改变。（3）湿热老化前后CF/PA6复合材料的动态力学性能退化及损伤破坏模式研究。本章使用SHPB装置开展了CF/PA6复合材料的动态压缩试验,研究表明,材料的动态压缩强度0°＞[0°/90°]s＞90°,且在不同的纤维取向下,均有明显的应变率强化效应,应变率强化效应提升大小0°＞[0°/90°]s＞90°,湿热老化后材料的动态压缩强度得到提升,湿热老化前后,动态压缩试样的冲击破坏过程与破坏模式未发生较大改变。（4）湿热老化前后CF/PA6复合材料的疲劳力学性能退化及损伤破坏模式研究。结果表明,CF/PA6具有较好的疲劳性能,在未经湿热老化处理之前疲劳极限位于65%UTS至70%UTS之间,即使湿热老化后,疲劳极限仍在60%至65%之间。通过对比湿热老化前后的S-N曲线可以得知,湿热老化前后疲劳寿命曲线具有相似的斜率,湿热老化未改变材料的疲劳寿命累积折减规律和渐进损伤破坏模式,疲劳损伤过程均呈现快-慢-快的三阶段退化。
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