RTM工艺下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿特性及力学性能研究

本文主要探讨了三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料（C3D/EP）的吸湿特性，由天津大学机械工程学院的王玉果教授团队采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备。研究的目的是深入理解这种复合材料在湿度环境下的行为，这对于材料的长期性能稳定性和应用有着重要影响。 首先，实验发现C3D/EP复合材料在吸湿初期遵循Fick扩散定律，这是基本的物理现象，表明水分通过分子扩散的方式进入材料内部。然而，随着吸湿过程的进行，整体吸湿行为表现出更为复杂的Sigmoidal曲线特征，这暗示了吸湿过程可能受到多因素影响，如孔隙结构、材料微观形态等。 温度对吸湿过程有显著影响。随着温度的升高，C3D/EP复合材料的吸湿速率明显加快，这是因为高温可以增加材料内部水分扩散的活跃性。同时，吸湿达到平衡时的水量也会有所增加，这可能会影响材料的耐久性和性能稳定性。 关键的研究结果表明，吸湿过程中C3D/EP复合材料的弯曲强度会随时间逐渐下降，呈现出先快速后缓慢的趋势。这种性能变化与吸湿曲线相对应，意味着吸湿量的多少直接影响到材料力学性能的下降程度。温度越高，这种强度下降的现象越明显，因此在设计和应用这类复合材料时，需要考虑其暴露在特定湿度条件下的预期性能损失。 这项研究揭示了三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿行为及其对力学性能的影响，为优化材料设计、控制湿度环境或选择适合的应用场景提供了重要的科学依据。对于航空航天、汽车制造等对材料耐湿性要求高的领域，这些发现具有实用价值。