复合材料可靠性

⏹湿热条件下，水分子在树脂基体中的扩散，并沿纤维-基体界面通过毛细作用以及在孔隙、

微裂纹和界面脱粘等缺陷中聚集。

⏹吸湿的水分使基体大分子结构间距增大，刚性基团的活性增加，基体发生溶胀，进而产

生增塑。

⏹水进一步向基体扩散，由此产生渗透压使基体内部产生裂纹、微小裂缝或其他类型的形

态变化，使吸湿量增加。

⏹水助长裂纹的扩展，使基体破裂，基体水解导致断链和解交联，造成材料的永久性破坏。

⏹碳纤维的抗湿热性好，玻璃纤维次之，芳纶较差。

⏹湿热老化对复合材料存在两方面影响：1）水分对基体化学键有一定的作用；2）热的作

用包括加速水分子扩散和提高基体的固化度。

⏹湿、热两种作用对复合材料结构有促进和抵消两种效果，使复合材料性能变化较单纯热

或湿作用更为复杂。

⏹湿热环境不仅会降低纤维的抗腐蚀阻力，在比较高的环境温度下还会使基体的玻璃化转

变温度降低，并降低其强度和刚度。

⏹常温下复合材料的吸湿较慢，因此需要采用一定的手段加速吸湿过程。升温加速老化是

湿热老化中常用的一种方法。

⏹湿热环境对复合材料的影响是湿度和温度协同作用的结果。升高温度可以加快水的吸收，

增加材料的平衡吸湿量并缩短平衡时间。

⏹同时，高温下水对基体、界面等的影响也更为显著。因此，升高温度是加速老化的途径

之一。

腐蚀性介质

⏹在腐蚀环境作用下，可能会引起下列影响：树脂基体的腐蚀；增强材料的腐蚀、界面的

腐蚀和应力腐蚀及腐蚀疲劳。

对力学性能的影响

⏹1）复合材料对腐蚀性流体（燃油、液压油、防冻液等）不敏感，可以不考虑。

⏹2）紫外线辐射引起损伤是一个非常缓慢的过程，只要结构表面的防护涂层完好，可以不

计此类损伤。

⏹3）风化、砂蚀和雨蚀引起损伤是一个很缓慢的过程，只要在结构表面喷涂防雨防护漆，

就可克服它们的影响。

控制环境介质对复合材料的腐蚀，主要有两条原则：

⏹一是要提高材料自身的耐蚀性。如提高结晶度、取向度、交联密度等措施，提高基体的

紧密性，使介质的扩散系数、渗透系数下降；或使用表面处理剂，增强树脂与纤维的粘接强度，减少界面间隙，提高抗渗透能力。

⏹二是要使用防护层。在复合材料表面进行防护整饰，避免受到环境的直接作用以达到提

高抗蚀性能的目的。

⏹在多数情况下，过程往往是低速的，而且一般不会使冲击表面出现目视可检损伤形态的

冲击，叫做低速冲击。

⏹由于这种冲击引起的损伤不易发现，出现概率较高，使结构承载能力降低，危害较大，

因此在强度验证时必须高度重视。

⏹另一类必须考虑的冲击是诸如雷电、鸟撞和弹伤造成的高能量冲击。这类冲击一般形成

目视可见的损伤，属于高能量冲击。

⏹要求复合材料结构在低能量冲击环境下仍能满足强度和寿命要求。

⏹在高能量冲击下损伤不应快速扩展，在制造和使用的整个寿命期内可能遇到的各种冲击

环境下，仍具有足够的结构完整性。

⏹层合板在疲劳破坏前的损伤扩展程度及主要损伤形式与所施加的疲劳应力水平有密切关

系。

⏹当应力水平较高时，分层等损伤面积较小，纤维断裂为主要损伤形式。

⏹当应力水平较低时，分层损伤在层合板内大面积扩展，并成为主要损伤形式。