高强度玻璃纤维增强聚合物基复合材料湿热老化机理及力学行为

相对碳纤维增强聚合物基复合材料,高强度玻璃纤维增强聚合物基复合材料对湿热环境敏感更为强烈,湿热环境容易导致高强度玻璃纤维增强聚合物基复合材料力学性能出现显著下降。本文对两种浸润剂状态的高强度玻璃纤维进行水浸试验和性能试验,获得了高强度玻璃纤维湿热前后的性能数据。通过对两种浸润剂状态的高强度玻璃纤维增强的聚合物基复合材料分别进行吸湿及力学性能试验研究,得到了复合材料典型湿热-时间曲线及典型力学性能数据。并结合宏微观断口图,研究了湿热老化机理和损伤破坏机理。高强度玻璃纤维水浸试验结果表明湿热过程中纤维表面浸润剂溶出使得纤维曝露,进而破坏了其组织结构,导致力学性能下降。高强度玻璃纤维增强聚合物基复合材料拉伸应力—应变曲线在室温干态环境下呈现典型非线性特征,在湿热环境下基本为线性。室温干态下的开孔拉伸载荷-位移曲线在损伤演化过程中具有特殊的“上下振荡起伏”的特点。宏微观断口显示室温环境下基体拉伸破坏模式为主要破坏模式,而湿热环境下下纤维与基体的剪切破坏为首要破坏模式。

表面自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复合材料的蠕变性能及损伤机理

2D-SiC_(f)/SiC复合材料是航空航天领域中的重要耐高温材料,采用表面自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复合材料制备成楔形夹持段板材蠕变试样,使用自主研制的碳化硅陶瓷夹具完成大气环境下蠕变力学性能测试,蠕变试验温度900℃、1000℃和1200℃,应力水平范围50~120 MPa。采用扫描电子显微镜(SEM)对含自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复材的蠕变失效试样断口形貌进行了表征。失效分析表明,含自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复材高温静态载荷下的主要失效模式包括复材基体裂纹、涂层/基体界面裂纹和纤维蠕变三类。由于试验应力较低,各温度下蠕变失效试样断口平整,纤维拔出较短。同时试样断口中还观察到切割横向纬纱的二次裂纹,该二次裂纹将随蠕变过程进行而扩展并最终切断整条纬纱。对于三种温度的试样,均未在断口近表面区域观察到非金属涂层—金属涂层界面的分离或明显裂纹、孔洞等缺陷。说明在金属涂层基础上附加SiO2涂层得到的结合面在高温静态力学过程中是稳定的,并且能够提供一定的承载能力与表面裂纹萌生抗性。