碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料(CF/BMI)凭借优异的高温力学性能、环境适应性和可设计性,在战斗机上得到了广泛应用。如今,飞机的服役环境已逐渐从陆地拓展到更为严苛的海洋环境。海洋的高湿、温差、腐蚀、盐度等综合作用对战斗机的整体性能构成了重大威胁。复合材料暴露在湿热环境中会导致基体吸湿,引起基体降解,最终导致在不同载荷条件下结构完整性的丧失。在热氧化环境中,由于纤维和树脂的热膨胀系数不同,复合材料会产生微裂纹,导致力学性能下降。而在水热环境中,水分子会扩散到复合材料中,引起树脂软化、水解,最终引起结构和尺寸的变化,严重威胁战斗机的可靠性和使用寿命。因此,研究CF/BMI在不同服役环境下的老化性能及机理,对保障战斗机服役安全、指导其应用具有重要意义。
本文全面研究了CF/BMI在海洋环境下自然老化的性能及机理。将制备的样品在海边进行为期一年半的自然日光老化试验,通过准静态试验评估老化前后试样的拉伸、压缩和面内剪切强度,并通过表征断口形貌揭示老化机理。
结果表明,树脂的老化分解是导致力学性能下降的主要因素,与老化前后试样相比,0°拉伸、0°压缩、90°拉伸和面内剪切性能分别下降了4.6 %、24.3 %、24.7 %和8.5 %。微观结构、光谱和重量分析表明,老化过程主要发生在试样表面,基体发生水解和脱落,老化后试样的耐热性下降。热压罐成型方式会使纤维与树脂紧密结合,使水分更难扩散到样品内部。
第一作者:朱龙宇
通讯作者:罗楚养、包建文