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《纖維增強樹脂基復(fù)合材料的吸濕性和濕變形》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第31卷第2期2010年4月航天返回與遙感SPACECRAFTRECOVERY&REMOTF=SENSⅢC69纖維增強樹脂基復(fù)合材料的吸濕性和濕變形李靜(北京空間機電研究所，北京100076)摘要闡述了纖維增強樹脂基復(fù)合材料的吸濕與濕變形機理及其影響因素，從環(huán)境、材料和工藝3個方面，總結(jié)了環(huán)境溫度、相對濕度、纖維、樹脂基體、纖維一基體界面以及鋪層方式對復(fù)合材料吸濕性與濕變形的影響，并提出了降低纖維增強樹脂基復(fù)合材料吸濕率與濕變形的途徑。關(guān)鍵詞纖維增強樹脂基復(fù)合材料吸濕率濕變形中圖分類號：V25文件標識碼
2、：A文章編號：1009—8518(20lO)02—0069—06MoistureAbsorptionandSoakingDeformationofFiberReinforcedResinCompositesLiJing(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)AbstractThispaperdescribedthemechanismandtheinfluencefactorsofmoistureabsorptio
3、nandthedimensionalch甜19eduetomoistureinfiberreinforcedresincomposites．Someenvironmentalforces，materialfactorsandfabricationssuchastemperature，relativehumidity，fiber，resinmatrix，fiber—matrixinterfaceandlayersweresummarized．SeveralsuggestionsWerepresentedi
4、nordertoreducetheirmoistureabsorptionandthesoakingdeformation．KeywordsFiberreinforcedresincompositesMoistureabsorptionSoakingdeformation1引言纖維增強樹脂基復(fù)合材料(以下簡稱復(fù)合材料)因其比強度高、比模量大、熱脹系數(shù)小、可設(shè)計性強等一系列優(yōu)點在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)擴展至精密構(gòu)件的成型和生產(chǎn)。精密構(gòu)件的長期尺寸穩(wěn)定性對復(fù)合材料性能提出了更高要求，復(fù)合材料的尺
5、寸穩(wěn)定問題已經(jīng)成為當(dāng)前人們關(guān)注的焦點之一。由于樹脂基體具有一定程度的吸濕性，其復(fù)合材料也同樣會表現(xiàn)出吸濕特性。潮濕是除熱之外容易導(dǎo)致應(yīng)力產(chǎn)生的環(huán)境之一。在一定時間的濕庇力作用下，復(fù)合材料的各項特性會發(fā)生變化，最終會導(dǎo)致形變，進而影響結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性。在復(fù)合材料中水分的吸收和擴散對尺寸變化的影響極為重要，研究表明，軌道真空環(huán)境對航天器復(fù)合材料構(gòu)件的干燥效應(yīng)極易造成光學(xué)相機的散焦或者天線微波信號的失真。為了研究濕環(huán)境對復(fù)合材料尺寸變化的影響，國內(nèi)引入了復(fù)合材料吸濕率與濕脹系數(shù)的概念，吸濕率變化引起的尺寸改變
6、已經(jīng)成為研究人員關(guān)注的重點內(nèi)容之一。本文闡明和分析了復(fù)合材料的吸濕機理、影響吸濕行為以及濕變形的因素，并在此基礎(chǔ)上提出廠降低復(fù)合材料吸濕與濕變形的途徑。2吸濕機理復(fù)合材料由纖維和基體材料復(fù)合而成，其吸濕行為與各組分的吸濕性能及組分之間的結(jié)合強弱有密切收稿日期：2010—01—06基金項目：中國空間技術(shù)研究院自主研發(fā)課題70航天返回與遙感2010年第3l卷的關(guān)系。下面介紹復(fù)合材料的吸濕機理以及吸濕表征。2．1吸濕擴散機理高分子材料吸濕的動力主要是水的擴散。環(huán)境中氣態(tài)水分子向聚合物靠攏、被吸附于表面，隨著水
7、分子濃度的增大，內(nèi)外滲透壓差促使水分子逐漸向內(nèi)部擴散。水分子向聚合物的內(nèi)部擴散過程主要受2個因素控制：一個是聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中與水分子尺寸相仿的微孔；另一個是水分子和聚合物之問的吸引力。吸濕的過程主要分為2個階段：第一階段是通過氣體流通，空氣中的水分與聚合物表面接觸，稱為外部傳遞過程或外擴散；第二階段是水分從聚合物表面?zhèn)飨蚩紫秲?nèi)部，稱為內(nèi)部傳遞過程或內(nèi)擴散LlJ。高分子材料的吸濕過程一般遵循Fick定律，即在吸濕的初始階段，材料吸收的水的質(zhì)量隨著時間的平方根呈線性增加，然后增加逐漸變緩，直到達到飽和狀態(tài)?
8、2。在材料吸水的初始階段，可以用Fick第二定律來描述水的擴散行為，如式(1)：詈=D當(dāng)，(1)a一”a2Z’、17式中肘為吸濕率；D為擴散系數(shù)；t為吸濕時間；Z為厚度。t時刻時試樣的吸濕率尬如式(2)：％：旦熹塑×100％，(2)W0式中％和職分別為試樣在起始時刻和t時刻的質(zhì)量。擴散系數(shù)D可由式(3)計算求得：
9、7＼2
10、M．一M。＼2肚，r(彘J【壽衰J，(3)式中膨。為試樣平衡吸濕率[2．2節(jié)將做詳細說明]；Z為試樣厚度；M¨尬，分別為
