碳纖維增強樹脂基復合材料因其輕質、高強度和耐腐蝕等優(yōu)點，在航空航天、汽車、電子等多個領域得到廣泛應用。然而，濕熱環(huán)境通過濕度和溫度的協(xié)同作用對其性能影響顯著。本文將深入探討碳纖維增強復合材料在濕熱老化環(huán)境下的性能及其機理變化，并結合具體研究和應用案例進行解析。

　　濕熱環(huán)境對碳纖維復合材料的影響比較大，從微觀機理角度看，濕熱老化環(huán)境會導致樹脂與纖維的界面發(fā)生破壞，微觀上表現(xiàn)為樹脂與纖維的分離。這種界面破壞會影響復合材料的整體性能，導致力學性能下降。在宏觀上，復合材料的拉伸強度、層間剪切強度等力學性能會顯著降低，對結構安全產(chǎn)生威脅。

　　濕熱環(huán)境對于復合材料的性能也有一定的影響：

　　拉伸強度：濕熱老化會導致復合材料的拉伸強度下降，尤其是在高溫高濕條件下。

　　層間剪切強度：濕熱老化會導致復合材料的層間剪切強度顯著降低，這是由于樹脂與纖維界面的破壞所致。

　　模量：濕熱老化對復合材料的模量影響較小，但也會有所下降。

　　針對濕熱環(huán)境對于復合材料性能影響的具體方面，從《不同種類纖維增強復合材料濕熱老化性能對比研究》這篇研究報告中對碳纖維含量為60%的單向碳纖維復合材料(CFRP)、玻璃纖維復合材料(GFRP)和亞麻纖維復合材料(FFRP)進行了濕熱老化試驗。可以看出玻璃纖維復合材料在老化后的拉伸強度和層間剪切強度大幅度降低，拉伸模量下降幅度較小。烘干后，拉伸性能部分恢復，但層間剪切強度基本未恢復。這表明玻璃纖維復合材料在老化過程中發(fā)生了玻璃纖維水解及界面脫粘等不可逆變化。

　　注：面內(nèi)剪切載荷下CFRP的典型應力-應變曲線

　　亞麻纖維復合材料在吸水后發(fā)生了塑化，拉伸強度略微提高，而拉伸模量和層間剪切強度急劇下降后保持穩(wěn)定。烘干后，拉伸強度反而大幅下降，拉伸模量及層間剪切強度大幅上升。這與水分的塑化作用、纖維及基體的膨脹和降解等變化有關。

　　而碳纖維復合材料與上述兩種復合材料不同，碳纖維復合材料的拉伸性能隨老化時間的增加幾乎不變，而層間剪切強度小幅下降。烘干后，其拉伸性能及層間剪切性能與未老化時相同，未發(fā)生不可逆變化。這表明碳纖維復合材料在濕熱老化過程中具有較好的耐濕熱性能。

　　雖然碳纖維復合材料的耐濕熱表現(xiàn)更好，但在實際的生產(chǎn)應用中還是要針對性的調整，才能更好的確保產(chǎn)品應用表現(xiàn)更好。在《國產(chǎn)CCF300碳纖維及CCF300/EH503R3復合材料濕熱性能研究》中，針對特定碳纖維樹脂基復合材料的濕熱老化情況進行了研究。實驗證明，CCF300/EH503R3復合材料在室溫/干態(tài)環(huán)境下，90°拉伸斷裂形貌主要為基體破壞，碳纖維沒有明顯斷裂，且纖維表面包裹大量樹脂，表明碳纖維與樹脂之間具有較強的界面結合性能。

　　注：CFRP試樣短梁剪切試驗典型破壞模式

　　在93℃/干態(tài)測試環(huán)境下，出現(xiàn)少量樹脂撕裂的碎屑，有輕微的碳纖維脫粘現(xiàn)象。濕熱處理后，隨著測試溫度的升高，沿纖維軸向出現(xiàn)少量裂紋，纖維表面包裹的樹脂減少，脫粘現(xiàn)象增多，纖維與樹脂之間的結合力減弱。但在132℃/濕態(tài)測試溫度下，碳纖維與樹脂仍然能結合緊密，表明CCF300/EH503R3復合材料具有優(yōu)異的界面性能和耐濕熱性能。

　　這樣的結果下，再結合實際的產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗，就能針對性的給到碳纖維復合材料產(chǎn)品方案，根據(jù)產(chǎn)品應用的情況，來衡量其性能需求，進而從樹脂基體、碳纖維原絲型號、改性方案、成型工藝等諸多環(huán)節(jié)入手，給出合理的設計方案，保證產(chǎn)品實際應用性能。這也是國內(nèi)碳纖維零部件制造商智上新材料科技在客戶溝通開始之時，先看產(chǎn)品圖紙再了解其產(chǎn)品應用需求，然后給設計方案的原因。

　　那隨著材料領域的不斷的進步，通過界面改性、原絲性能提升，必然能夠使碳纖維復合材料在濕熱性能上進一步得到提升。碳纖維復合材料制品也將在更多領域發(fā)揮重要作用。