碳纖維增強樹脂基復合材料因其輕質(zhì)、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?？梢钥闯霾ＡЮw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(diào)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。