真空热循环对T700/5224复合材料力学性能的影响

摘要

为了揭示T700/5224复合材料在真空热循环作用下的力学性能演化规律，本文在10-3Pa，-140～140℃条件下，对T700/5224复合材料的质损率和力学性能进行了表征，并采用SEM、DMA、AFM和FTIR-ATR等分析方法对试样表面形貌、断口特征及表层化学结构进行了研究。
　　研究结果表明，随真空热循环次数的增加，T700/5224复合材料的的质损率升高，经29次真空热循环后上升幅度降低，而经157次真空热循环后趋于平缓。质损率是由于复合材料所吸附的水分及制备时残留的微量有机溶剂在真空环境下逐渐挥发而产生的。随真空热循环次数的增加，T700/5224复合材料90°拉伸强度首先降低，48次热循环后开始升高，198次热循环后趋于平缓；弯曲强度在48次真空热循环前变化不明显，48次真空热循环后开始上升，95次真空热循环后开始降低，经198次真空热循环后趋于平缓；层剪强度变化不明显。
　　T700/5224复合材料E’和tans温度谱分析表明，48次真空热循环使树脂基体交联密度明显增加，而经198次真空热循环后树脂基体内真空热循环引起的交联密度增加效应已经结束。T700/5224复合材料表面形貌分析表明，经48次真空热循环后复合材料出现一定数量的界面脱粘区域，但随着真空热循环次数的进一步增加(至198次)，界面脱粘区域的形态和数量变化不大，即由真空热循环导致的界面脱粘区域不会一直增加，而是逐渐达到一定的饱和状态。
　　ANSYS11.0模拟分析表明，残余热应力数值在复合材料不同区域差异巨大。最小等效应力出现在碳纤维内；最大等效应力出现在树脂基体内部，并且树脂基体密集区处的等效应力比树脂基体非密集区大得多；应力集中出现在碳纤维和基体的交界面-界面层。随热循环次数的增加，残余应力会逐渐累积，当界面层处的累积残余应力达到一值时，在应力集中的作用下，界面层会受到损伤，出现界面脱粘。