T700/9916复合材料层合板恒温吸湿行为研究

曹 素， 王 波， 矫桂琼

（西北工业大学力学与土木建筑学院，西安 710129）

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）由于具有较高的比强度和比刚度，较好的可设计性和抗疲劳断裂性能，已成为航空航天飞行器结构件中的重要材料［1］。然而，不论是未增强的树脂还是树脂基复合材料都能从周围环境中吸收水分，被吸入的水分可能引起材料的膨胀，特别是在较高温度情况下，可能软化和减弱基体和基体/纤维界面，因此吸湿行为对材料的力学性能有很大的危害［2］。了解碳纤维增强树脂基复合材料的吸湿过程，确定材料的吸湿量和内部水分分布，对研究材料的老化过程以及预测构件的服役寿命极其重要。

大量研究表明［3～6］，CFRP 材料吸湿行为的主要机制是水分扩散过程，吸湿过程主要受环境温度和相对湿度的影响，其中材料的饱和吸湿量与环境的相对湿度有关，而扩散系数的变化则依赖环境温度。Shen C H和Springer G S［7］提出的一维Fick扩散模型在忽略侧面吸湿的前提下，可用于根据实验值求得扩散系数和吸湿动力学曲线。国内外已有学者［8，9］使用有限元模拟软件 ABAQUS对 CFRP薄板的吸湿行为进行模拟，模拟结果与实验值吻合较好，验证了ABAQUS软件模拟纤维复合材料吸湿行为的可行性。

由于复合材料层合板的各向异性特征，以及碳纤维不吸湿而基体吸湿，用传统实验方法确定材料的扩散率和饱和吸湿量周期较长，并且难以得到材料内部的水分分布情况。因此，本研究根据ASTM D 5229/D 5229M—1992（2004）标准［10］对 CFRP 层合板T700/9916在70℃恒温水浴和70℃相对湿度为98%，91%，84%恒温恒湿环境箱中进行吸湿实验。……