【摘要】 采用差示扫描量热法（DSC）和傅立叶变换红外光谱法（FTIR）测试了环氧树脂及其复合材料在不同条件下的化学结构和性能变化。

碳纤维增强环氧树脂复合材料具有重量轻、力学性能好、使用寿命长等优点；因此，它们被广泛应用于许多领域，包括体育器材、汽车、航空航天和船舶。在这些应用领域中，CFRP经常经历不同程度的腐蚀，限制了CFRP的进一步发展。在Tian Yang等人[1]的研究中制备了含有多壁碳纳米管（MWCNT）和羟基磷灰石纳米粘土的碳纤维增强环氧树脂复合材料。研究了这些纳米填料（MWCNT和纳米粘土）在不同老化条件下对CFRP拉伸和弯曲性能的影响。这些老化条件包括水浸泡、酸浸泡、碱浸泡和热冲击循环。通过扫描电子显微镜（SEM）观察断裂形态，以反映CFRP在各种老化条件下的失效模式。采用差示扫描量热法（DSC）和傅立叶变换红外光谱法（FTIR）测试了环氧树脂及其复合材料在不同条件下的化学结构和性能变化。

 

图1 不同条件下试样的Tg[1]

 

使用纯树脂和纳米相树脂复合材料的DSC测试来测定实验树脂复合材料在老化前后的Tg。树脂复合材料在不同条件下的Tg值如图1所示。可以看出，含有MWCNT和纳米粘土的树脂复合材料的Tg值高于纯树脂。此外，高温下的均热老化使Tg略有下降。20岁时在水中浸泡后◦C和60◦C、 Tg为147.4◦C和138.5◦C、 分别。当在20℃的酸碱溶液中浸泡时◦C、 Tg降至143.4◦C和142.3◦C、 在湿热条件下，水分子将扩散到树脂复合材料中。

 

这种树脂很容易腐蚀，会吸收水分。水渗透到树脂基体中增加了聚合物段之间的距离，并减少了这些段之间的力，使段的移动更容易，从而降低了Tg。热冲击循环后的Tg值为150.1◦C.可能的原因是热循环期间热室中的高温导致树脂基体的后固化。

 

图2 未老化的CFRP在弯曲试验后的横截面SEM图像：（a）纯CFRP，（b）具有MWCNT的CFRP，以及（c）具有纳米粘土的CFRP[1]

 

图2显示了弯曲试验后未老化CFRP断裂截面的SEM图像。所有实验CFRP样品都沿纤维纵向出现了较大的层间裂纹。此外，一些纤维在碳纤维织物的层间断裂。这些观察结果反映了试验CFRP在弯曲试验中的主要失效模式是层间断裂，这与以前的研究类似。实验结果表明，加速老化后，CFRP的力学性能下降。浸泡环境中的性能退化取决于浸泡温度和浸泡介质。高温加速了CFRP的老化行为，导致其强度和模量较低。CFRP比水浸泡更容易受到酸浸泡和碱浸泡。MWCNT和halloysite纳米粘土有利于提高CFRP的耐浸渍老化性能，纳米填料的加入延缓了浸渍老化条件下的性能退化。然而，在热冲击循环条件下，纳米填料几乎不能提高CFRP的抗老化性能。

 

[1] Yang, T.; Lu, S.; Song, D.; Zhu, X.; Almira, I.; Liu, J.; Zhu, Y. Effect of Nanofiller on the Mechanical Properties of Carbon Fiber/Epoxy Composites under Different Aging Conditions. Materials 2021, 14, 7810. https://doi.org/10.3390/ma14247810

 

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