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68 水浸泡对碳纤维拉挤杆的水吸收与剪切强度影响 2014年 12月 水浸泡对碳纤维拉挤杆的水吸收与剪切强度影响 郝信凯 ，黄胜德。，张红卫 ，咸贵军 (1．哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室，哈尔滨 150090； 2．哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨 150090； 3．中国石化上海石化股份有限公司腈纶部，上海 200540) 摘要：本文研究了东丽 盯oo与国产碳纤维增强环氧树脂基拉挤杆在20~C和60~C蒸馏水浸泡下的水吸收与剪切性能变 化。结果表明，随着温度升高，水扩散速率提高，且沿纤维方向的水扩散系数高于垂直方向。浸泡7d后 ，碳纤维拉挤杆的剪切 强度均发生明显下降，但随着浸泡时间延长，20~C水浸泡试样的剪切强度反而有所上升，而60~C水浸泡试样的剪切强度继续缓 慢下降。比较而言，国产碳纤维增强拉挤杆的剪切强度相对较高，界面粘结强度大，但耐水性能相对较差，浸泡后期的强度下 降更为明显。 关键词：碳纤维环氧树脂基复合材料；湿热老化；水扩散速率；剪切强度 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1003-0999(2014)12-0068-06 FRP(纤维增强聚合物)基复合材料广泛应用于 可能影响FRP复合材料性能的长期性能 H]。文 航空、航天、国防等高科技领域，具有强度高、密度 献研究表明，CFRP复合材料在湿热环境下服役时 小、耐腐蚀性能优异等特点LlJ。近年来，FRP复合 拉伸性 能退化十分缓慢，但层 间剪切强度退化 材料被应用于土木工程结构的加固、修复以及新建 明显 [15]。 结构的建设，为高性能、长寿命土木工程结构的发展 本文拟研究水浸泡条件下碳纤维拉挤杆的水吸 提供了新材料基础。值得指出的是，同航空航天等 收扩散与层间剪切性能的退化规律，揭示层间剪切 应用领域不同，土木工程结构的服役寿命一般在 50 强度的退化机理，为碳纤维拉挤杆研发及其工程结 年以上，因此，FRP复合材料在土木工程服役环境下 构应用提供耐湿热性能基础数据。 的长期性能演化对FRP在土木工程中的安全、经济 设计与应用具有重要影响 J。研究表明，环境温度、 1 实验部分 湿度、紫外光、干湿循环等作用下，FRP复合材料性 1．1 实验材料 能均可能发生退化 j，影响其服役性能。 利用 日本东丽公司 I700碳纤维与某 国产公司 研究表明，在服役环境中FRP材料性能退化可 碳纤维 (T300级)拉挤制备复合材料杆试样 (图1)， 以分为物理退化和化学退化。如树脂与纤维吸水量 树脂基体为环氧树脂，拉挤杆直径为 16mm。东丽 不同，膨胀不同，使得它们之间产生应力集中；环氧 公司与国产公司碳拉挤增强杆试样的横向压缩强度 树脂因交联度提高而显脆性，易产生裂纹 ；树脂的 分别为49．5MPa与45．7MPa。 水解及塑化导致树脂强度降低或纤维一树脂界面的 破坏等 。 近年来，FRP在海洋工程结构上应用发展潜力 巨大，一方面，FRP复合材料的应用能够减轻结构 自 重，并由于耐腐蚀性能增加导致结构服役寿命提高， 从而带来巨大的经济效益；但另一方面，海洋工程环 境对 FRP复合材料的耐湿热性提出了更高的要求。 碳纤维的耐久性能十分优异 ，而树脂以及其与纤维 之间的界面容易在水或高温环境下发生退化，从而 图1 碳纤维杆 Fig．1 PultrudedCFRP bar 收稿Et期：2014—11—02 作者简介：郝信凯 (1990．)，男，硕士研究生，主要从事纤维增强树脂基复合材料的研究。 2014年第 l2期 玻 璃 钢