高温热解损伤对碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板冲击后剩余压缩强度的影响

作     者：曹东风 陈奕君 蔡伟 陈振毅 郑凯东 冀运东 夏俊康 胡海晓 李书欣 

作者机构：武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室 武汉理工大学材料科学与工程学院 国家能源氢能及氨氢融合新能源技术重点实验室佛山仙湖实验室 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室 武汉理工大学先进材料制作装备与技术研究院 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(52273080,12302481) 国家重点研发计划项目(2024YFF0508403) 湖北省重大攻关项目(JD2023BAA028) 中国博士后科学基金资助项目(2024M760458) 

主　　题：CFRP 高温热解 冲击损伤 失效模式 剩余压缩强度 

摘      要：复合材料在高温环境下会发生一系列的物理化学反应，基体和基纤界面在高温热解后会产生损伤。这些热解损伤会降低复合材料的力学性能，进而影响结构的承载能力。为了研究高温热解损伤对碳纤维/环氧树脂基复合材料（CFRP）层合板冲击后剩余压缩强度的影响，本文开展了一系列不同高温条件下CFRP层合板热解实验与冲击后压缩实验，借助扫描电镜(SEM)、超声C扫和数字图像相关技术(DIC)等多种表征手段，研究高温热解损伤对CFRP层合板冲击后压缩剩余强度与失效模式的影响机制。研究结果表明，当CFRP层合板的热解失重率为0.35%、1.4%、4.8%和9.2%时，对应的冲击后剩余压缩强度相较于未热解试样分别降低了7.49%、36.61%、54.51%和89.43%。高温热解后的CFRP层合板的抗冲击能力和冲击后剩余压缩强度随着复合材料热解程度的升高而逐渐降低，尤其是在热解温度超过了250℃时CFRP层合板的抗冲击性能出现了显著下降，这是由于高温环境下热解孔洞大量的萌生和发展以及层间/层内不同方向的热应力均会导致复合材料内部产生较大的分层损伤和层内裂纹，进一步导致复合材料力学性能退化和层间性能降低。随着CFRP复合材料热解损伤程度逐渐增大，含热解损伤的CFRP层合板冲击后压缩失效模式主要由局部屈曲导致的剪切破坏转变成为由层间性能降低导致的分层破坏。该实验结果可为高温热解环境下复合材料结构设计与安全性评估提供一定的指导。