本文研究了濕熱老化環(huán)境對(duì)復(fù)合材料吸濕性能的影響，分析了材料彎曲強(qiáng)度、彎曲模量隨老化時(shí)間的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明，在濕熱老化初期，材料吸濕變化滿(mǎn)足Fickian擴(kuò)散定律，在濕熱老化后期材料增重率出現(xiàn)偏離Fickian定律的現(xiàn)象；隨濕熱老化時(shí)間的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量均有不同程度的下降，并且在濕熱老化后期復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度受界面性能的影響顯著。建立了復(fù)合材料力學(xué)性能與濕熱老化時(shí)間的定性／定量關(guān)系，在耐久性預(yù)測(cè)模型中引入界面參數(shù)的概念，擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為接近。

       近年來(lái)，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、低密度、耐腐蝕以及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，在機(jī)械、汽車(chē)、化學(xué)、航空宇航、建筑、土木工程、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域內(nèi)得到大規(guī)模的應(yīng)用，其用量及重要性逐年上升。其中以玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)用較為廣泛‘-司。復(fù)合材料的性能特點(diǎn)使得它們多被作為起承載作用的結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用，因此力學(xué)性能對(duì)于結(jié)構(gòu)材料來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。力學(xué)性能的下降可能導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破損甚至失效。因此，研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在典型環(huán)境下的力學(xué)性能變化——老化行為，意義重大。

      各種環(huán)境對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能的影響各不相同。Nakai等人以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，玻璃纖維織物為增強(qiáng)材料，研究了復(fù)合材料在80℃水中浸泡時(shí)間對(duì)其吸水率及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，所有復(fù)合材料的吸水率均隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，并且在起初的0 -8h時(shí)快速吸水，之后趨緩或不變，高溫吸水率總是高于低溫時(shí)的吸水率。這是因?yàn)楦邷貢?huì)使水分子加速擴(kuò)散，從而加速了材料的老化。文章作者認(rèn)為在理想情況下，水分子在材料中的擴(kuò)散以費(fèi)肯定律為依據(jù)，并且假設(shè)測(cè)試試樣的六個(gè)面都是均一的、等同的，但實(shí)際情況并非完全如此。水分子的進(jìn)入會(huì)受到多方面因素的影響，如材料表面的不同以及邊緣粗糙度等。Gupta等人圈采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料為研究對(duì)象，在不同的邊緣、織物形式、載荷和溫度條件下進(jìn)行測(cè)試，提出一種與材料邊緣和表面有關(guān)的非線性吸水行為的模型。該模型考慮了材料吸水膨脹、表面粗糙度、表面織物形式、熱梯度及層間吸水對(duì)材料吸水速率的影響，此模型較傳統(tǒng)模型更接近真實(shí)情況。在濕熱環(huán)境下，水分子的擴(kuò)散引起材料內(nèi)部的膨脹應(yīng)力，溫度則引起相應(yīng)的熱應(yīng)力。膨脹應(yīng)力、水分子的擴(kuò)散和熱應(yīng)力三者協(xié)同作用，引起復(fù)合材料的幾何約束，進(jìn)而導(dǎo)致了材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。本質(zhì)上說(shuō)，環(huán)境的作用引起纖維與基體間性能的不匹配，使殘余應(yīng)力在很小的范圍內(nèi)形成。另外，濕熱環(huán)境同樣會(huì)通過(guò)水解反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)等方式，使界面產(chǎn)生滲透壓，造成界面性能的弱化；而化學(xué)降解也會(huì)造成基體和纖維性能的下降-閽。因此，研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在老化過(guò)程中除了要考慮到水分及溫度引起的應(yīng)力，還要考慮到其中發(fā)生的化學(xué)變化，是揭示降解機(jī)理的重要手段。

       在復(fù)合材料耐久性模型預(yù)測(cè)方面，各國(guó)學(xué)者也作了諸多研究。例如學(xué)者司通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA），得到材料的儲(chǔ)能模量及損耗模量，應(yīng)用Takayanagi模型‘1司預(yù)測(cè)復(fù)合材料的使用壽命。傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是將復(fù)合材料分為纖維、基體和界面三個(gè)方面來(lái)考慮，而這種Takayanagi模型將復(fù)合材料分為兩部分來(lái)考慮：第一部分為全部的纖維和部分樹(shù)脂，即指環(huán)繞纖維的界面部分的樹(shù)脂；第二部分為剩余的樹(shù)脂，也就是間隙樹(shù)脂。實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)應(yīng)力傳遞很小的時(shí)候，這種模型是比較適用的。另外，根據(jù)時(shí)溫等效原理，可以有效的預(yù)測(cè)時(shí)間溫度耦合作用下材料力學(xué)性能的變化。但是時(shí)間、溫度、濕度三者耦合作用下材料的長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)尚不明確.

        傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型應(yīng)用線性、粘彈性和時(shí)韞等效原理，但大多未考慮復(fù)合材料一個(gè)很重要的方面，即界面性能。老化后期，復(fù)合材料破壞模式主要為分層，在后期老化過(guò)程中，纖維與樹(shù)脂基體之間的界面會(huì)發(fā)生變化，這是導(dǎo)致老化后期材料力學(xué)性能下降的重要因素。對(duì)于界面性能變化，可以應(yīng)用復(fù)合材料及基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行定量分析。因此，結(jié)合復(fù)合材料的老化失效機(jī)理開(kāi)展長(zhǎng)期性能的預(yù)測(cè)，是非常必要的。

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