碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)在高温环境下长期服役易发生热氧老化,导致性能下降,对构件服役安全构成威胁。现有的热氧老化评价方法多以称重法进行,根据试块的质量变化判断材料的老化程度,而这种办法对于大型构件而言是不现实的。如何实现原位、无损地老化程度现场检测,是大型复合材料构件长寿命服役评估的迫切需求。超声无损评价技术能够有效表征材料组织、结构的变化,是评估构件使用性能的重要方法。但有关CFRP老化性能的超声评价研究甚少,因此开展基于超声无损评价技术的CFRP热氧老化后组织与性能评价的研究具有重要意义。本文以T300/AG-80复合材料多向层合板为研究对象,研究了CFRP热氧老化过程的组织结构和力学性能变化规律,探讨了CFRP热氧老化机理,基于超声C扫描技术无损检测与评价技术表征了CFRP分层损伤,讨论了利用声学特性评价CFRP老化性能的可行性。主要研究内容及结果如下:1.通过失重率测试、微观结构观察和傅里叶红外技术等分析手段对CFRP在150℃的热氧老化机理进行研究。老化前期(老化72h),CFRP失重率迅速上升,达到总失重的20%。微观形貌观察发现,碳纤维与树脂间界面受损严重,界面结合能力下降。傅里叶红外光谱分析可知,老化72h后,生成酯基C=O键特征峰,老化360h后,环氧基团特征峰消失。利用热重分析研究了CFRP的热稳定性,通过活化能变化可知,热氧老化后CFRP劣化程度加剧。因此,CFRP热氧老化主要机制为:老化初期水分子等低分子量物质挥发,碳纤维与树脂基体界面结合能力下降,之后树脂基体进一步固化交联即后固化效应,最后分子链发生断裂。2.对不同老化时间CFRP短梁试样进行三点弯曲试验,发现弯曲强度随老化时间呈先下降后上升再下降的变化规律,采用超声C扫描技术检测试样分层损伤,与金相照片结果吻合较好。通过动态力学分析研究了不同温度下力学性能,发现常温下,储能模量和损耗模量随着老化时间皆先上升后下降,这归因于后固化效应、材料的阻尼及纤维/树脂界面状态的影响;随着老化时间增加,CFRP损耗因子峰和损耗模量峰皆向高温方向移动,且玻璃化转变温度增大,这说明在老化过程中始终存在后固化作用,CFRP的耐热性有所提高。3.在老化过程中,CFRP的纵波声速呈先下降后上升再下降的变化规律,这是水分子等低分子量物质挥发产生的孔隙、后固化效应导致的弹性模量变化和纤维/树脂界面状态共同作用的结果。10MHz频率下衰减系数呈先上升后下降的趋势,这与树脂材料的吸收衰减、纤维树脂界面的散射衰减有关。因此,声学特性的变化可用于CFRP热氧老化性能的评价。