高温预损伤对碳纤维复合材料冲击后压缩剩余强度影响规律研究

摘要

对9A12环氧树脂基T700级碳纤维复合材料(CFRP)层合板在不同预损伤温度(180℃、210℃、240℃)和损伤时间(24 h、72 h、120 h、168 h)下进行低速冲击和冲击后压缩试验(CAI),结合数字图像技术(DIC)和微观形貌研究高温预损伤下CFRP层合板失重量与剩余强度随损伤温度和时间的变化规律。结果表明:CFRP层合板不同温度下相对失重量和冲击后压缩强度下降率均先快后慢,最后趋于稳定。180℃预损伤后相对失重量和剩余强度随损伤时间变化较小,损伤120 h后趋于稳定。温度升至210℃与240℃,损伤初期层合板剩余强度迅速下降,40 h后剩余强度分别降低20.4%和25.1%,较180℃下损伤120 h后剩余强度更低。分析结果,建立CFRP层合板高温预损伤导致的失重量与冲击后压缩剩余强度线性关系模型。利用DIC技术记录CFRP层合板在压缩方向上的应变演化规律,并得到应变云图。观察微观形貌发现高温损伤使树脂对纤维的包裹性下降,层间出现散布的树脂颗粒,且在240℃时材料的损伤形式由结构性断裂变为环氧树脂氧化分解导致的损伤。