● 摘要
碳纤维增强复合材料在航空航天领域广泛应用，但在复合材料的服役环境一般存在多种因素的影响，常见因素湿热条件，导致其性能产生变化。本论文针对航空用碳纤维增强复合材料，选取三种典型湿热条件：水煮、70℃水浸以及70℃相对湿度85%，研究了复合材料的组元材料、微观界面性能和宏观界面性能的湿热衰减规律，着重研究了与复合材料界面相关的宏观湿热性能衰减和树脂、纤维、界面等组元材料的关联规律，揭示了复合材料在湿热条件下性能衰减机制，为碳纤维复合材料湿热性能的评价和预测奠定实验基础。 本论文首先考察了5228树脂与5428树脂在三种典型湿热条件下的吸湿行为、红外光谱、力学性能以及湿热膨胀系数，同时也考察了T300和CCF碳纤维的湿热膨胀系数。研究结果表明：两种树脂在湿热处理后均未出现化学变化，但力学性能会有一定程度下降，精确测量树脂与碳纤维的湿热膨胀系数，为界面性能的计算提供了实验数据。 其次，采用Kelly-Tyson模型，考察了T300/A0树脂与CCF/A0树脂及其去剂纤维/A0树脂体系湿热前后的界面粘结强度衰减规律，另外采用界面断裂能法考察了典型湿热条件下T300/5228树脂与CCF/5228树脂界面断裂能的变化规律。结果表明：CCF/A0树脂与T300碳纤维/A0树脂界面性能湿热老化后下降程度的差异主要是因两种碳纤维表面上浆剂的不同所导致的；CCF/5228树脂界面断裂能下降程度大于T300/5228树脂，同种单丝复合材料体系湿热老化后界面断裂能下降程度主要由材料吸湿率所决定。 最后，选取CCF/5228树脂与CCF/5428树脂复合材料层板，考察了不同湿热条件下两种复合材料层间剪切性能变化规律，并结合原子力显微镜、金相观察以及断口形貌等方法全面分析了湿热条件下复合材料界面性能衰减机制。结果表明：基体与界面并未出现微裂纹等破坏现象；宏观界面性能衰减机制主要受材料吸湿率影响，与微观界面性能衰减机制一致，可认为两者存在一定的关联性。