复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测.pdf

　２８　　　　复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测　　复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测　　　　孙博，李岩　　　　　（同济大学航空航天与力学学院，上海２０００９２）　摘要：本文研究了湿热老化环境对复合材料吸湿性能的影响，分析了材料弯曲强度、弯曲模量随老化时间的变化关系。　　　　研究结果表明，在湿热老化初期，材料吸湿变化满足Ｆｉｃｋｉａｎ扩散定律，在湿热老化后期材料增重率出现偏离Ｆｉｃｋｉａｎ定律的现　象；随湿热老化时间的增加，复合材料的弯曲强度、弯曲模量均有不同程度的下降，并且在湿热老化后期复合材料弯曲强度受　界面性能的影响显著。建立了复合材料力学性能与湿热老化时间的定性／定量关系，在耐久性预测模型中引入界面参数的概　　　　念，拟合结果与实测值较为接近。　关键词：复合材料；湿热老化；吸水行为；力学性能；耐久性　　中图分类号：ＴＢ３３２　　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１００３０９９９（２０１３）０４００２８０７　　　　　近年来，纤维增强树脂基复合材料以其高比强　　　　　　度、高比模量、低密度、耐腐蚀以及结构可设计等特　　　　　　　　点，在机械、汽车、化学、航空宇航、建筑、土木工程、　　　　　风力发电等领域内得到大规模的应用，其用量及重　要性逐年上升。其中以玻璃纤维增强树脂基复合材　　　料应用较为广泛Ｊ。复合材料的性能特点使得它　　　们多被作为起承载作用的结构材料来使用，因此力　　学性能对于结构材料来说至关重要』。力学性能的　　下降可能导致整个结构的破损甚至失效。因此，研　　究纤维增强复合材料在典型环境下的力学性能变——　　化老化行为，意义重大。　各种环境对玻璃纤维增强复合材料性能的影响　　　　　　各不相同。Ｎａｋａｉ等人以环氧树脂为基体，玻璃　℃　纤维织物为增强材料，研究了复合材料在８Ｏ水中　　　浸泡时间对其吸水率及力学性能的影响。结果表　　　明，所有复合材料的吸水率均随着浸泡时间的延长　　　而逐渐增加，并且在起初的０～８ｈ时快速吸水，之后　趋缓或不变，高温吸水率总是高于低温时的吸水率。　　　这是因为高温会使水分子加速扩散，从而加速了材　　料的老化。文章作者认为在理想情况下，水分子在　　材料中的扩散以费肯定律为依据，并且假设测试试　样的六个面都是均一的、等同的，但实际情况并非完　　　全如此。水分子的进入会受到多方面因素的影响，　　　收稿日期：　　基金项目：　　作者简介：　　通讯作者：　　　　　　　如材料表面的不同以及边缘粗糙度等。Ｇｕｐｔａ等　　　人采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为研究对　　　　象，在不同的边缘、织物形式、载荷和温度条件下进　　行测试，提出一种与材料边缘和表面有关的非线性　　　吸水行为的模型。该模型考虑了材料吸水膨胀、表　　　面粗糙度、表面织物形式、热梯度及层间吸水对材料　　吸水速率的影响，此模型较传统模型更接近真实情　　　　　况。在湿热环境下，水分子的扩散引起材料内部的　膨胀应力，温度则引起相应的热应力。膨胀应力、水　　分子的扩散和热应力三者协同作用，引起复合材料　　　的几何约束，进而导致了材料内部残余应力的产生。　　　本质上说，环境的作用引起纤维与基体间性能的不　　　匹配，使残余应力在很小的范围内形成。另外，湿热　　环境同样会通过水解反应和化学反应等方式，使界　　　面产生渗透压，造成界面性能的弱化；而化学降解也　　会造成基体和纤维性能的下降　　。因此，研究纤　维增强复合材料在老化过程中除了要考虑到水分及　　　　温度引起的应力，还要考虑到其中发生的化学变化，　是揭示降解机理的重要手段。　　　在复合材料耐久性模型预测方面，各国学者也　　　作了诸多研究。例如，法国Ｄａｖｉｄ等人¨　　将老化程　　　度用的变化来描述，建立降解过程的老化模型，　　但此模型仍需继续修正以满足实际需求。还有一些　　　２０１２８－３０　　　国家自然科学基金（１０８７２１４９）　　　　　　孙博（１９８５一），女，硕士研究生，主要从事玻璃纤维复合材料老化性能方面的研究。　　　　　　　李岩（１９７１一），女，教授，博士生导师，主要从事先进复合材料工艺、性能与表征，ｌｉｙａｎ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ＣＲ。　　　　ＦＲＰ／ＣＮ￣ｉ３Ｎｏ．４　　２０１３年第４期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　２９学者¨　　　　　＇通过对材料进行动态力学分析（ＤＭＡ），得　　　到材料的储能模量及损耗模量，应用Ｔａｋａｙａｎａｇｉ模　　　　　　型＿】刮预测复合材料的使用寿命。传统的认识是将　　复合材料分为纤维、基体和界面三个方面来考虑，而　　这种Ｔａｋａｙａｎａｇｉ模型将复合材料分为两部分来考　　　虑：第一部分为全部的纤维和部分树脂，即指环绕纤　　　维的界面部分的树脂；第二部分为剩余的树脂，也就　　　　　是间隙树脂。实验证明当应力传递很小的时候，这　　　　　种模型是比较适用的。另外，根据时．温等效原理，　　可以有效的预测时间温度耦合作用下材料力学性能　　　的变化。但是时间、温度、湿度三者耦合作用下材料　　　　的长期性能预测尚不明确。　　　传统预测模型应用线性、粘弹性和时一温等效原　　理，但大多未考虑复合材料一个很重要的方面，即界　　　　面性能。老化后期，复合材料破坏模式主要为分层，　　　在后期老化过程中，纤维与树脂基体之间的界面会　发生变化，这是导致老化后期材料力学性能下降的　　　重要因素。对于界面性能变化，可以应用复合材料　　　　及基体的玻璃化转变温度进行定量分析。因此，结　　　　　合复合材料的老化失效机理开展长期性能的预测，　　是非常必要的。　　　１实验部分　　　　１．１原材料　　　增强材料为ＣＷＲ６００．１００型玻璃纤维织物（自　　　　贡市三星玻纤有限公司），面密度为６００ｇ／ｍ；基体　　　树脂为双酚型环氧树脂Ｅ一５１（无锡蓝星化工厂），环　　　　　氧值为０．４８～０．５４；固化剂为甲基四氢苯酐ＭＴＨＰＡ　　　（嘉兴阿尔法精细化工有限公司）；促进剂为２，４，６一　　　　三（二甲胺基甲基）苯酚ＤＭＰ－３０（新典化学材料有　限公司）。　　１．２复合材料制备工艺　　Ｅ－５１：ＭＴＨＰＡ：ＤＭＰ一３０按１００：８０：１的比例混合　℃　　后，２３下置于真空烘中脱除气泡待用。用缠绕法　　　制备预浸料，树脂质量含量为３２％。采用热压罐成　　　　型工艺制备复合材料，其固化工艺如图１所示。成　　　　　型后的复合材料均通过超声波Ｃ扫描检测。参照　　　　　　　ＡＳＴＭＤ２５８４－９４测得复合材料的纤维体积分数为　５０％±　　　　　　　　１％，参照ＡＳＴＭＤ３１７１－９９测得复合材料的　　　孔隙率为１．８％±　　０．２％。　　　　　图１环氧树脂预浸料的固化工艺　　　　　　　　Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｃｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｐｏｘｙｐｒｅｐｒｅｇ　　１．３湿热老化实验　　１．３．１老化环境　　本文将试样浸泡在ＤＫ－６００电热恒温水槽中，温　　　℃　　　度分别为２３￣Ｃ、３７．８￣Ｃ和６０，每个温度下进行５　　个试样的重量变化监测。　　１．３．２性能测试　（１）吸水性能测试　　　　　实验仪器为ＰｒｅｃｉｓａＸＲ系列电子天平，电子天　　　　平的解析度为０．０００１ｇ，试样名义尺寸为２５×２５×　　　　　４．５ｍｍ。依据ＡＳＴＭＤ５２２９／Ｄ５２２９Ｍ＿９２（ｏ４），吸水　　　　　率按式（１）计算：　　Ｍ：×　１００％　（１）　＝×　　（１）　　ｗ０　　　　　式中，为复合材料ｔ时刻吸水率；ｗ０为试样初　　　　　　　始质量；为ｔ时刻试样质量，结果取５个试样的平　　均值。　（２）力学性能测试　采用三点弯曲实验研究玻璃纤维增强复合材料　　　　　　　　　　　　在湿热老化环境下的力学性能变化，根据ＡＳＴＭ　　　　　　　Ｄ７９０－０３标准进行，试件的名义尺寸为８４．８×　１２×　４．５ｒａｍｏ　（３）动态力学性能测试　　采用ＤＭＡ测试环氧树脂及其复合材料的损耗　　正切角ｔａｎｔ￣。　　２结果与讨论　　　２．１复合材料吸湿行为　图２所示为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料在　　　　不同湿热老化环境（２３￣Ｃ、３７．８￣Ｃ和６０￣Ｃ）下，试样　　　增重率随时间的变化曲线。由图可知，玻璃纤维增　　　强环氧树脂复合材料的吸水速率到目前为止可分为　　两个阶段。第一阶段，随着浸泡时间的延长，复合材　３０　　　　　复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测　　　料吸水量逐渐增加直至达到饱和，近似满足Ｆｉｃｋｉａｎ　　扩散定律，是扩散控制过程。且温度越高，材料吸水　　　速率越快。这是由于当温度较低时，水分子能量较　　　　低，在基体交联网络空穴中的运动受到限制，导致材　　　料吸水速率缓慢；随着溶液温度的升高，水分子的能　　量也随之增高，在基体交联网络中的运动越来越强　　　　　　　　　　　　　℃　　烈，导致材料吸水速率提高。第二阶段，２３、℃　　　　３７．８和６０￣Ｃ环境下复合材料增重率随浸泡时间　　　　的延长有所下降，出现了偏离Ｆｉｃｋｉａｎ方程的情况，　　　并且温度越高，出现下降的时间越早。经７２周老化　　　　后，复合材料中的基体有裂纹产生，裂纹的产生可能　　是由于树脂中残留的一些挥发性的物质受热变成气　　　　体，从材料中释放出来，也可能是由于材料内外受热　不均匀导致材料膨胀速率不同，而产生裂纹。裂纹　的产生会导致材料吸水量增加。此外，取老化浸泡　　液以及纯去离子水作为样品作红外光谱分析，由图℃　３可以看出，与去离子水的吸收峰相比，６０老化浸　　　　—　泡液在ｌＯ１２ｃｍ波数处出现特征峰，这是ＳｉＯ键特　　有的吸收峰。因此可判断，６０￣Ｃ老化环境中，复合材　　　　料已有部分物质析出，此析出物的成分主要为Ｓｉ．０　　　键，可判断是复合材料中，玻璃纤维与水分子发生反　　　应，其反应方程式如式（２）、式（３）所示。　Ｉ　　　Ｓｉ．０一＋Ｈ，０一一Ｓｉ一０Ｈ＋０Ｈ一　（２）一Ｓ．　　　ｉ一０一Ｓ，　　　　　ｉ一＋ＯＨ一一一Ｓｉ一０Ｈ＋一Ｓ．　　ｉ一０一（３）　　　由此可知，新裂纹包括树脂基体产生的裂纹，以　　　及玻璃纤维表面受侵蚀，与界面脱粘而产生的裂纹。　这些裂纹的产生导致吸水量的增加和释出物导致材　　　料质量的下降同时存在，两种机制相互竞争，而后者　　程度大于前者，最终致使材料增重率逐渐下降。　　图２复合材料增重率随时间的变化趋势　　　　　　　　Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｉｇｈｔｇａｉｎｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１３ｉｏ．　　　　　图３６０ｏＣ浸泡液的红外光谱图　　　　　　　　　　　Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅｓｏａｋｉｎｇｌｉｑｕｉｄｕｎｄｅｒ６０％　　２．２湿热环境对复合材料力学性能的影响　弯曲性能主要用来表征复合材料的抗拉和抗压　的综合性能。本文选用弯曲性能测试来研究老化环　　　境对复合材料中增强材料的影响。图４所示为玻璃　　纤维增强复合材料在湿热老化环境下弯曲强度和弯　　　　　曲模量随老化时间的变化情况。从图中可以看出，　　　随着老化时间的增加，材料的弯曲强度、弯曲模量均　　℃　　℃　有不同程度的下降，４周后，２３、３７．８￣Ｃ和６０条　　　　　　　件下弯曲强度分别下降３６．９％、４６．７％和７０．０％；　　　　　　　　　弯曲模量分别下降１４．３％、２４．５％和２７．１％。可　　见，温度越高，材料的力学性能下降越显著。从玻璃　　　纤维增强复合材料的弯曲破坏形貌可以看出，老化　　初期弯曲破坏的主要形式为纤维拉断。随着浸泡时　　　间的延长，水与玻璃纤维发生反应。玻璃纤维组成　　　　中除ＳｉＯ，以外，还含有Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ等元素。一旦玻　　　璃纤维与介质水接触，那些非ＳｉＯ：成分以离子形式　　　　溶出，引起玻璃纤维表面的破坏，并逐渐深入，从而　　　　导致弯曲强度的下降。１年后，弯曲强度的下降幅　　　　　度趋于平缓，弯曲破坏的形式已经由纤维拉断转变　　　为分层破坏，这是因为湿热老化使玻璃纤维增强复　　　合材料的界面变弱，界面的粘结力已经不足以承受　　　　过高的载荷，由于界面脱粘，致使复合材料失效。由　于水分子的介入，使玻璃纤维复合材料发生塑化，从　　而使弯曲模量平缓下降。由于材料在老化初期８周　　　　内力学性能变化最为显著，为了进一步研究材料湿　　　热老化机理，采用扫描电子显微镜观察了复合材料　　　断面形貌。图５所示为复合材料断面形貌，由老化　前后试样破坏形貌可以看出未老化试样断口整齐，属　　　于纤维拉断导致材料失效。老化８周后，破坏断面能　　　明显观察到纤维从基体中拔出的痕迹，为界面失效。　　由于界面不能正常传递应力，致使受力过程中，界面　　脱粘先于纤维断裂，因此复合材料拉伸强度下降。　２０１３年第４期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　３１　（ａ）弯曲强度　　（ａ）Ｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ　（ｂ）弯曲模量　　（ｂ）Ｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｄｕｌｕｓ　　图４复合材料湿热老化弯曲性能　　　　　　　　　Ｈｇ．４Ｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　（ａ）未老化（ａ）Ｂｅｆ　　ｏｒｅａｇｉｎｇ　　（ｂ）湿热老化８周　　　　（ｂ）Ａｇｉｎｇｆｏｒ８ｗｅｅｋｓ　　图５复合材料断面形貌　　　　　　　Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　２．３湿热环境下复合材料耐久性预测　　　２．３．１基于时－温等效原理的耐久性预测模型　　　基于时一温等效原理ｎ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｌａｎｄｅｌ和Ｆｅｒ．　　　ｒｙ提出著名的ＷＬＦ经验方程：　　　　　ｇ。＝ｇ＝　二　ｃ４，　　　　　　式中，为参考温度；ｔ为参考温度；Ｃ、Ｃ：为经　　　　　　验常数，可通过计算得出。整理式（４）可知，对于任一　　　　　　温度，都有：一　Ｃ２ｌｇ—　＝—　　（５）　　Ｃ１＋ｌｇ一　Ｃ２ｌｇ一　＝——＿÷　　（６）　　Ｃ１＋ｌｇｔ，　２　　　　表１给出了在三个温度下的湿热老化环境中，　　　复合材料对应不同老化时间的弯曲强度值。取＝　　　　　２９６．１５Ｋ，Ｔｌ＝３１０．９５Ｋ，＝３３３．１５Ｋ，当弯曲强度　　　为５０ＭＰａ时，则根据三个温度下弯曲强度与时间对　　　　　　照表（表１）得到ｔ＝１１２，ｔ＝５６，ｔ：＝７。带入上述方　　　　　程，可得到Ｃ＝一１．２，Ｃ＝７４。　　　　表１湿热老化后复合材料的弯曲强度值（ＭＰａ）　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｆｔｅｒ　　ｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇ（ＭＰａ）　　　由时－温等效原理，可将三个不同温度下材料弯　　　　曲强度数据整合为２３￣Ｃ下强度主曲线。根据文献的研究¨　　，材料残余弯曲强度与老化时间的关系可　　用式（６）表示：　Ｐ　Ｐｔ　。１ｎ（ｆ）＋６】　（６）Ｉ　ｌｌ≥　　＿∞　　∞　∞　　　　　　柏蛐印蚰加０　　　Ｂ．喜口§　　≥　ｌ＿ｇ　３２　　复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测　　２０１３年７月　　　　　Ｐ为温热老化ｔ时刻，复合材料的弯曲强度，　　　　　为复合材料的初始弯曲强度，ａ、ｂ为待定常数。据　　　　玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度实验值，可建立　　　　　　　老化时间ｔ与弯曲强度Ｐ的预测曲线，结果如式　（７）：　　Ｐ＝一６．４６７１ｎ（ｔ）＋１０４．８１１　（７）　将弯曲强度预测公式绘制成曲线与主曲线进行　　　　比较（如图６所示），发现前期数据拟合效果较好，　　　　后期预测值低于实验值（约偏低１６％～４１％）。因　此需要在此基础上进一步修正。　　　　图６基于时一温等效原理建立的预测模型　　　　　　　—　Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｉｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　　２．３．２基于界面参数与时．温等效性原理的耐久性　预测模型　　　湿热老化后期，材料的失效形式主要为分层破　　　坏，与界面的性能密不可分。因此，通过引入界面参　数对原模型进行修正。　　在研究复合材料动态力学性能时，可将复合材　　料整体力学性能与各组分性能联系起来：　　　ｔａｎｓ。＝ＶｆｔａｎＳｙ＋Ｖｉｔａｎ６＋Ｖｍｔａｎ８　（８）　　　　　　　其中，ｔａｎ８、ｔａｎＳｆ、ｔａｎｓ、ｔａｎｓ分别代表复合材　　　　　　　料、纤维、界面和基体损耗因子；、、Ｖｍ分别代表　　纤维、界面和基体的体积分数。由于玻璃化转变是　　　非晶态高分子材料固有的性质，因此认为玻璃纤维　　　　　　　　ｔａ，＝０，又因为非常小，可近似看成Ｖｍ＝１一。　　定义界面参数Ａ［Ｉ９］：　　Ａ＝×　　　　　　　　　　　　　　因此，根据式（９）可得出界面参数Ａ与、　　　　ｔａｎｓ、ｔａｎｔ￣的关系式：　｜２　｜　南×　　（１０）　由实验所得老化环境中复合材料以及纯树脂损　　　　耗因子的变化如图７所示，根据上式可以计算出材　　料老化过程中不同时期界面参数的变化情况，如表　　　２所示。将此参数加人到原有模型当中，即可修正　　　后期预测曲线，如图８所示。　（ａ）复合材料　（ａ）Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　（ｂ）环氧树脂　　（ｂ）Ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ　　图７损耗因子随时间变化　　　　　　　　　Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｌｏｓｓｆａｃｔｏｒｗｉｔｈｔｉｍｅ　　　表２湿热老化环境下玻璃纤维增强复合材料界面参数　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｆａｃｔｏｒｏｆａｇｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　　根据最小二乘法对界面参数进行回归处理，可　　　得到界面参数Ａ关于老化时间ｔ的一次方程。　２０１３年第４期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　３３　　图８根据时－温等效原理拟合界面参数　　　　Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｆｉｔｔｅｄｉｎｔｅｒ　　　　　ｆａｃｅｆａｃｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ　　　ｔｉｍｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　　因此得到界面参数计算公式为：　　Ａ＝０．００００３ｔ＋１．０９９５　（１１）　将此界面参数加入预测模型中，得到：—————————　——————　　　Ｐ．＝一６．４６７１ｎｌ一ｌ＋１０４．８１１‘　Ｌ（０．　　００００３ｔ＋１．０９９５）Ｊ　（１２）　　　　将式（１２）绘制成曲线，与上一预测模型进行对　　　　比（图６），从图９中可以看出，修正后的模型对后期　　　　　　复合材料弯曲强度的预测结果明显优于基于时一温　　　等效原理建立的模型。因此，对于玻璃纤维增强复　　℃　合材料的性能预测，拟采用前期应用２３等效原理　　为基础的预测模型，而后期则根据复合材料的老化　　　机理，应用界面参数修正模型。　老化预测模型可以整理为：　　　≤　Ｐ＝一６．４６７１ｎ（ｔ）＋１０４．８１１Ａ１．１２（１３）　■Ｐ＝一６．４６７１ｎ（１ｒ×　　　ｔ）＋１０４．８１１Ａ＞１．１２　（１４）　　图９基于界面参数以及时一温等效原理建立的预测模型　　　　Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｍｏｄｉｆ　　　　　　ｉｅｄｐｒｅｄｉｃｔｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅ　　—　　　ｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｔｉｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　　　３结论　　（１）玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的吸水速　　　　率分为两个阶段。第一阶段随着浸泡时间的延长，　　　复合材料吸水量逐渐增加直至达到饱和，近似满足　　　　　Ｆｉｃｋｉａｎ扩散定律，且温度越高，材料吸水速率越快；　　第二阶段，复合材料增重率随浸泡时间的延长有所　　　　　下降，出现了偏离Ｆｉｃｋｉａｎ方程的情况，并且温度越　高，出现下降的时间越早；　（２）随着老化时间的增加，复合材料的弯曲强　度、弯曲模量均有不同程度的下降，并且老化温度越　高，材料的力学性能下降越显著。老化初期弯曲破　　　坏的主要形式为纤维拉断，老化后期弯曲破坏形式　　主要为分层破坏；　　　　　　　（３）在耐久性预测模型中引入界面参数的概　　　　念，建立了复合材料力学性能与湿热老化时间的定　　性／定量关系，拟合结果与实测值较为接近。　参考文献　［１］杜善义．先进复合材料与航空航天［Ｊ］．复合材料学报（Ａｅｔａ　　—　ＭａｔｅｒｉａｅＣｏｍｐｏｓｉｔａｅＳｉｎｉｃａ），２００７，２４（１）：１１２．　［２］廖子龙，乌云其其格．环氧树脂／玻璃纤维复合材料性能研究与　　　　　　　　　　　应用［Ｊ］．工程塑料应用（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ），　２００８，３６（９）：４７－５０．　　　　　　［３］王智，顾宜．碳纤维增强苯并嗯嗪树脂基复合材料的研究进展　　　　［Ｊ］．玻璃钢／复合材料（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ／Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ），　２０１１，（４）：６８－７２．　　　　　［４］郭书良，段跃新，肇研，罗云烽．连续玻璃纤维增强热塑／热固　　　　　　　　性复合材料力学性能研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎ．　　ｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ／Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ），２００９，（５）：４２－４５．　　　　　　［５］李林洁，于运花，唐泽辉，薛忠民，杨小平．界面粘结对ＧＦ／ＶＥ　　　　　　复合材料在硫酸介质中耐蚀性能的影响［Ｊ］．玻璃钢／复合材料　　　（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ／Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ），２０１０，（６）：９－１３．　［６］肖文萍，吕小军，许俊华，张琦，马兆庆．温热老化对碳纤维／环　　　　　氧树脂基复合材料力学性能影响研究［Ｊ］．材料工程（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　ＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），２００５，（１１）：５０－５３．　　　　　　［７］ＮＡＫＡＩＡ，ＩＫＥＧＡＫＩＳ，ＨＡＭＡＤＡＨ，ＴａｋｅｄａＮ．Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ　　　　　　　—　ｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｈｏｔｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｅｈ　ｎｏｌｏｇｙ，２０００，６０（３）：３２５－３３１．　　　　　　　　　［８］ＧＵＰＴＡＫＭ，ＰＡＷＡＲＳＪ．Ａｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｅｏｒｐｏｒａ．ｒ　　　　　　　　　　ｉｎｇｅｄｇｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｔｅｘｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｓｔｏｐｒｅｄｉｃｔａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒ　　　　　ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，４１２　（１－２）：７８｛２．　瓣　　复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测　　２０１３年７月　　　　　　—　［９］ＢＯＵＡＬＥＭＮ，ＳＥＲＥＩＲＺ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｇｉｎｇｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｈｙ　　　　—　　　　—　ｂｒｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｏｉｓ　　　　　—　ｔｕｒｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＦｒａｃｔｕｒｅＭｅｃｈａｎ　ｉｃｓ，２０１１，５５（１）：６８－７５．　　　　　　　—　［１０］ＷＥＩＴＳＭＡＮＹＪ，ＧＵＯＹＪ．Ａｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｌｕｉｄｉｎｄｕｃｅｄ　　　　　　　　ｄａｍａｇｅａｎｄａｎｏｍａｌｏｕｓｆｌｕｉｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｐｏｌｙｍｅｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．　　　　ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，６２（６）：８８９－９０８．　　　—　［１１］ＷＡＮＹＺ，ＬＵＯＨＬ，ＨＥＦ，ＵＡＮＧＨ，ＨＵＡＮＧＹ，ＬＩＸＬ．Ｍｅｃｈａｎｉｅａ　　　　　　　　ｌ，ｍｏｉｓｔｕｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｓｏｆ　　—　　—　ｂａｃｔｅｒｉａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｂｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｔａｒｃｈｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍ　　　—　ｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，６９（７）：１２１２１２１７．　　　　　　　　［１２］ＷＥＩＴＳＭＡＮＹＪ．Ａｎｏｍａｌｏｕｓｆｌｕｉｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｐｏｌｙｍｅｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　　　—　　　　ａｎｄｉｔｓｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｆｌｕｉｄｉｎｄｕｃｅｄｄａｍａｇｅ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＡ：　　　　ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２００６，３７（４）：６１７－６２３．　　　　　　［１３］ＬＥＶＥＱＵＥＤ，ＳＣＨＩＥＦＦＥＲＡ，ＭＡＶＥＬＡ，ＭＡＩＲＥＪＦ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　　　　　　—　　　　ｏｆｈｏｗｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄ　　—　　　　ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，６５（３）：３９５－４０１．　　　　　　　［１４］ＡＬＶＡＲＥＺＶＡ，ＶＡＬＤＥＺＭＥ，ＶＡＺＱＵＥＺＡ．Ｄｙｎａｍｉｃｍｅｃｈａｎｉ－　　　　　　　　　—　ｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｉｎｔｅｒｐｈａｓｅｆｉｂｅｒ／ｍａｔｒｉｘｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　　　　　ａｌｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＴｅｓｔｉｎｇ，２００３，２２　（６）：６１１－６１５．　　　　　　［１５］ＭＩＹＡＮＯＹ，ＮＡＫＡＤＡＭ，ＳＥＫＩＮＥＮ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒ—　　　　　　　—　ｌｏｎｇｔｅｒｍｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＧＦＲＰｌａｍｉｎａｔｅｓｆｏｒｍａｒｉｎｅｕｓｅ［Ｊ］．Ｃｏｍ　　　ｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４，３５（６－８）：４９７－５０２．　　　　　［１６］ＴＡＫＡＹＡＮＡＧＩＭ，ＩＭＡＤＡＫ，ＫＡＪＩＹＡＭＡＴ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ－　　　　　　　　　ｔｉｅｓａｎｄｆｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｄｒａｗｎｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｍａｌｏｆＰｏｌｙｍｅｒ　　　Ｓｃｉｅｎｃｅ：ＰａｒｔＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＳｙｍｐｏｓｉａ，１９６７，１５（１）：２６３－２８１．　　　　　　［１７］何曼君，陈维孝，董西侠．高分子物理［Ｍ］．上海：复旦大学　　出版社，２０００．３５７－３５９．　　　　　　［１８］ＫＡＲＢＨＡＲＩＶＭ，ＡＢＡＮＩＬＬＡＭＡ．Ｄｅｓｉｇｎｆａｃｔｏｍ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａ　　　　　　　　　　　ｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｗｅｔｌａｙｕｐｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｕｓｅｄｉｎｅｘｔｅｒ－　　　　ｈａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３８　　（１）：１０３．　　　　　　—　［１９］ＩＢＡＲＲＡＬ，ＰＡＮＯＳＤ．Ｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓｂｕｔａｄｉｅｎｅ－ｓｔｙｒ　ｅｎｅａ　　　　　　　　ｎｄｏｘｉｄｉｚｅｄｓｈｏｒｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ　　　　　［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，１９９８，６７（１０）：　】８】９一】８２６．　　　　　　　　　　ＴＨＥＳＴＵＤＹｏＮＨＹＧＲｏＴＨＥＲＭＡＬＡＧＩＮＧＢＥＨＡＶＩｏＲｏＦＣｏＭＰｏＳＩＴＥＳ　　　　　　　ＡＮＤＴＨＥＰＲＥＤＩＣＴＩｏＮＭｏＤＥＬｏＦＤＵＲＡＢＩＬＩＴＹ　　　ＳＵＮＢｏ，ＬＩＹａｎ　　　　　　　　　　ｆＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｔｏｎ￣ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅｐ。　　　　　　　　　　　　　　　　ｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｓｓｅｓｓｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆ　　　　　　　　　　　——　ｓｕｃｈｓｖｓｔｅｍｓ，ａｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｗａｓｕｎｄｅｒｔａｋｅｎｉｎｔｈｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｉｎｔｅｒｌａｍ　　　　　　　　　　　　　　　　’　ｉｎａｒｓｈｅａｒｔｅｓｔａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅａｂ　　　　　　　　　　　　　　—　ｓｏｒｐｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗａｓａｌｓｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｏｖｅｒａｎ８０一ｗｅｅｋｐｅｒｉｏｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｃｒｏｓｃｏｐｅｐｈｏｔｏｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒａｇｉｎｇ．Ｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆ　　　　　　　　　　　　　Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＦＦＩＲ）ｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｌａｓｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｉｂｅｒａｎｄＤ０ｌｙｍｅｒｏｎｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｇｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇａｉｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙｏｖｅｒｔｉｍｅ，ａｎｄｉｔｗａｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅＦｉｃｋｉａｎＬａｗ，ｗｈｉｌｅｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔａｇｅ，　　　　　　　　　　　　　　　ｗｅｉｇｈｔｇａｉｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｒｏｐｐｅｄｄｏｗｎ．Ｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙｗｉｔｈａｇｉｎｇｔｉｍｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ　　　　　　　　　　　　　　　　Ｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｓｅｒｉｏｕｓｌｙｉｍｐａｃｔ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｓｅｔｕｐｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｉｍｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎ。　　　　　　　　　　　　　　　ｃｉｐｌｅａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌａｔｅｒｐｅｒｉｏｄｏｆａｇｉｎｇ，ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｗａｓｍａｉｎｌｙｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｓｏｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｍｏｄｅ１ｗａｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙａｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｆａｃｔｏｒ，ａｎｄｉｔｓｈｏｗｅｄａｑｕｉｔｅｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅ　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇ；ｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ