热氧老化对三维碳/玻璃纤维混杂复合材料耐久性的影响

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通过对玻璃纤维和碳纤维的混杂设计、编织,制备成的碳/玻璃纤维混杂聚合物基复合材料,不仅具有优异的力学性能,还能减少电磁波的反射,是一种典型的结构-隐身一体化复合材料。然而,热氧老化会导致基体和纤维/基体界面性能退化,造成复合材料力学性能下降,为后续使用带来安全隐患。本文研究了三维面内准各向同性碳/玻璃纤维混杂编织复合材料(编织复合材料)和面内准各向同性碳/玻璃纤维混杂层合复合材料(层合复合材料)在200℃和250℃分别老化10、30、90、120和180天后的隐身、纤维/树脂界面、弯曲、剪切等性能的变化。结果显示热氧老化对试样的隐身性能产生了积极影响,这是由于老化后的试样表面和内部产生了大量的裂纹,粗糙的试样表面使得电磁波在入射表面发生漫反射,而裂纹为电磁波进入试样内部提供了额外的通道。热氧环境下,纤维/基体界面性能随着老化时间的延长而显著下降,但玻璃纤维/树脂界面强度保留率始终大于碳纤维/树脂界面,这是由于碳纤维和树脂的热膨胀系数匹配性更差和碳纤维上浆剂中的环氧树脂不耐高温所致。编织复合材料老化后的弯曲和剪切性能保留率大于层合复合材料,这是因为编织复合材料中在厚度方向有Z向纱的存在,即使在长时间热氧老化导致基体性能和界面结合力下降的情况下,编织复合材料的这种整体结构依然能将所有纤维捆绑在一起共同承担外部载荷,而不会像层合复合材料一样发生分层破坏。此外,我们选用“改进随机过程模型”预测编织复合材料在200℃老化后的弯曲强度,并验证了该模型的可信度。本文包含图32张,表11个,参考文献104篇。
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