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碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)因具备许多优良性能而广泛应用各工程领域,但现实环境往往会对其性能造成损伤,其中温度影响最为普遍,了解温度效应对CFRP机械性能的影响规律及机理利于有效评估材料服役过程中性能稳定性和长期适用性。为此,本文对不同温度处理前后CFRP的机械性能进行了深入研究。首先,将碳纤维布作为增强材料、环氧-E51树脂(EP)作为基体材料制备了CFRP复合材料,然后分别进行超低温(-196℃)、高温(100℃,200℃)以及温度循环骤变处理,探究材料机械性能的变化,并对化学结构、热性能以及微观结构的变化进行研究。主要内容及结论如下:一、研究液氮超低温(-196℃)处理下材料机械性能的变化规律及机理将CFRP试样完全浸泡于液氮中,对比研究不同浸泡时间(0天,7天,14天,21天)对材料性能的影响。发现超低温处理过后材料的拉伸强度未出现明显变化,但弯曲强度在液氮浸泡21天却提升了12.65%。同时还发现超低温环境不会对材料的化学结构造成影响,但会使纤维束结合更紧密。二、研究不同高温(100℃,200℃)处理下材料机械性能的变化规律及机理(1)随着100℃高温处理时间的增加(0h,5h,20h,50h,100h),CFRP的机械性能有所提升,处理100h后拉伸强度提高约14.6%,弯曲强度提高17.5%。FTIR测试表明100℃高温处理过程中环氧基体发生了后固化反应,并且高温处理过后碳纤维布表面粘结更多的树脂。(2)随着200℃高温处理时间的增加(0h,5h,20h,50h,100h),CFRP机械性能出现先上升后下降的结果,在经历100h高温处理后材料弯曲强度下降了5.08%,拉伸强度下降更为明显,高达35.2%。FTIR,TG和DMA测试结果表明化学键吸收强度,Tg和热稳定性略有下降,表明CFRP在200℃高温处理会使基体发生降解。200℃高温下材料内部小分子物质的挥发使材料形成孔洞,通过断面微观形貌分析还发现高温有利于树脂与碳纤维的粘结。三、研究温度循环骤变(-196℃~200℃)处理下材料机械性能的变化规律及机理对CFRP试样在-196℃~200℃温度范围内进行不同次数(0次,50次,100次,150次,200次)热循环处理,循环50次后,拉伸和弯曲强度分别提升10.7%和8.2%,循环200次后拉伸强度相比初始值下降9.7%,弯曲强度则下降6.4%。FTIR吸收峰强度下降和TG热稳定的降低都表明循环过程中基体发生降解。经历多次循环后试样碳纤维层与树脂层出现分层现象。循环过程中环氧基体的老化和CFRP的层间强度降低所导致的CFRP界面破坏和大面积分层破坏是影响CFRP机械性能的变化主要原因。本文研究了不同温度环境对CFRP机械性能的影响规律及机理,为材料实际应用中的安全性评估提供了有效的数据支撑和理论依据。