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摘要： 以某型号复合材料层压结构为研究对象，对其在各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估，证明其在该条件下弯曲强度、模量和层间剪切强度的性能保持率较高。
关键词： 复合材料 层合板 湿热性能
随着科技发展，纤维增强树脂基复合材料因其良好的力学性能已被广泛应用于航空，航天，船舶，交通等领域。复合材料具有较强的吸水能力，其使用性能受湿热环境的影响特别显著，因此，工程实际中必须对各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估。
1.试验的准备及试验过程
复合材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程，其含湿量为结构重量中所含水分重量的百分比，故亦叫吸水率。吸水率的大小受环境温度、相对湿度、不同材料体系、层压板厚度和基体的含湿量等的影响。经过长期吸湿，复合材料内的水分达到平衡状态，称为饱和吸水率[1]。饱和吸水率主要取决于环境相对湿度和不同的材料体系。
1.1. 试样结构
本研究中，试样采用环氧树脂单向碳纤维复合材料，基体是一种新型的中温改性环氧树脂，增强材料是日本东丽公司生产的15000碳纤维，选取三种不同的成形方式：真空法成形，模压法成形和热压罐成形。
1.2. 湿热试验
将所有试件和跟随件烘干使之达到工程干态。将工程干态试样置于湿热环境箱中，在温度为71 1℃、相对湿度为95 5%RH的环境下吸湿。用分析天平称跟随件质量。称重时，需先将跟随件从环境箱中取出，冷却到室温后，用干布搽拭表面，然后放入天平称重。当跟随件的工程吸湿量达到所要求的百分数时，将试件达到所要求的吸湿量以后，就进行试验。
2 试验结果与讨论
2.1. 湿热对复合材料吸湿率的影响
在使用条件下，湿扩散是在整个寿命期内进行的，因此，研究吸湿对复合材料性能的影响是十分必要的。温度和湿度对复合材料基体的影响比纤维大的多，一般情况下可忽略对纤维的影响。环氧复合材料基体具有较好的耐湿热性能，吸湿率较低，其碳纤维复合材料的耐湿热性能有明显的改善。
试验表明，经湿热环境768小时后，模压法成形复合材料的饱和吸湿率约为1.915%，而熱压法成形的饱和吸湿率约为2.096%， 真空袋法成形复合材料的饱和吸湿率约为2.414%。可见，模压法成形复合材料的耐湿热性能优于热压法成形和真空袋法成形复合材料。也就是说，如果水分沿纤维界面浸入，则真空袋法成形复合材料更容易受到水分的浸入和湿热的破坏，这可能是由于复合材料板材中孔隙率等因素的影响，因为，孔隙也是影响复合材料吸湿的一个主要原因，其真正的原因有待于我们进一步的研究和分析。
2.2 .湿热对复合材料力学性能的影响
三种不同成形方式的复合材料经湿热处理达到饱和吸湿率后，对其进行力学性能测试，研究其性能的变化，由于试件和试验设备的限制，只进行了湿热处理后弯曲和层间剪切性能的测试。
图1 不同成形方法复合材料的性能保持率
由图1可知，三种成形方法的强度保持率都比较高，并且热压法的复合材料在71℃状态下的弯曲强度、模量和层剪强度的保持率明显高于模压法和真空袋法。这说明它是一种耐湿热性能较好的高模量中温改性树脂基复合材料。
3.小结
3.1.经湿热环境箱768小时后，对于模压法成形的复合材料的吸湿率较小，而且较快的趋于吸湿平衡。碳纤维吸湿能力很小，树脂基体有较强的吸湿能力。吸水率和温度主要影响基体和由基体控制的强度和刚度。对纤维的强度和刚度影响很小。
3.2.复合材料具有优异的耐湿热性能，经湿热环境768小时后，其在71℃状态下的弯曲强度、模量和层间剪切强度的性能保持率较高。且热压法的性能保持率要明显高于真空袋法和模压法。
参考文献：
[1]朱梅庄. 树脂基复合材料层合板湿热环境吸湿试验方法 北京：中国航空工业总公司，1996.
[2]罗祖道，王震鸣编. 复合材料力学进展[M].北京：北京大学出版社，1—5.
[3]沈观林.复合材料力学[M] 北京：清华大学出版社1996，201-213.
关键词： 复合材料 层合板 湿热性能
随着科技发展，纤维增强树脂基复合材料因其良好的力学性能已被广泛应用于航空，航天，船舶，交通等领域。复合材料具有较强的吸水能力，其使用性能受湿热环境的影响特别显著，因此，工程实际中必须对各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估。
1.试验的准备及试验过程
复合材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程，其含湿量为结构重量中所含水分重量的百分比，故亦叫吸水率。吸水率的大小受环境温度、相对湿度、不同材料体系、层压板厚度和基体的含湿量等的影响。经过长期吸湿，复合材料内的水分达到平衡状态，称为饱和吸水率[1]。饱和吸水率主要取决于环境相对湿度和不同的材料体系。
1.1. 试样结构
本研究中，试样采用环氧树脂单向碳纤维复合材料，基体是一种新型的中温改性环氧树脂，增强材料是日本东丽公司生产的15000碳纤维，选取三种不同的成形方式：真空法成形，模压法成形和热压罐成形。
1.2. 湿热试验
将所有试件和跟随件烘干使之达到工程干态。将工程干态试样置于湿热环境箱中，在温度为71 1℃、相对湿度为95 5%RH的环境下吸湿。用分析天平称跟随件质量。称重时，需先将跟随件从环境箱中取出，冷却到室温后，用干布搽拭表面，然后放入天平称重。当跟随件的工程吸湿量达到所要求的百分数时，将试件达到所要求的吸湿量以后，就进行试验。
2 试验结果与讨论
2.1. 湿热对复合材料吸湿率的影响
在使用条件下，湿扩散是在整个寿命期内进行的，因此，研究吸湿对复合材料性能的影响是十分必要的。温度和湿度对复合材料基体的影响比纤维大的多，一般情况下可忽略对纤维的影响。环氧复合材料基体具有较好的耐湿热性能，吸湿率较低，其碳纤维复合材料的耐湿热性能有明显的改善。
试验表明，经湿热环境768小时后，模压法成形复合材料的饱和吸湿率约为1.915%，而熱压法成形的饱和吸湿率约为2.096%， 真空袋法成形复合材料的饱和吸湿率约为2.414%。可见，模压法成形复合材料的耐湿热性能优于热压法成形和真空袋法成形复合材料。也就是说，如果水分沿纤维界面浸入，则真空袋法成形复合材料更容易受到水分的浸入和湿热的破坏，这可能是由于复合材料板材中孔隙率等因素的影响，因为，孔隙也是影响复合材料吸湿的一个主要原因，其真正的原因有待于我们进一步的研究和分析。
2.2 .湿热对复合材料力学性能的影响
三种不同成形方式的复合材料经湿热处理达到饱和吸湿率后，对其进行力学性能测试，研究其性能的变化，由于试件和试验设备的限制，只进行了湿热处理后弯曲和层间剪切性能的测试。
图1 不同成形方法复合材料的性能保持率
由图1可知，三种成形方法的强度保持率都比较高，并且热压法的复合材料在71℃状态下的弯曲强度、模量和层剪强度的保持率明显高于模压法和真空袋法。这说明它是一种耐湿热性能较好的高模量中温改性树脂基复合材料。
3.小结
3.1.经湿热环境箱768小时后，对于模压法成形的复合材料的吸湿率较小，而且较快的趋于吸湿平衡。碳纤维吸湿能力很小，树脂基体有较强的吸湿能力。吸水率和温度主要影响基体和由基体控制的强度和刚度。对纤维的强度和刚度影响很小。
3.2.复合材料具有优异的耐湿热性能，经湿热环境768小时后，其在71℃状态下的弯曲强度、模量和层间剪切强度的性能保持率较高。且热压法的性能保持率要明显高于真空袋法和模压法。
参考文献：
[1]朱梅庄. 树脂基复合材料层合板湿热环境吸湿试验方法 北京：中国航空工业总公司，1996.
[2]罗祖道，王震鸣编. 复合材料力学进展[M].北京：北京大学出版社，1—5.
[3]沈观林.复合材料力学[M] 北京：清华大学出版社1996，201-213.