循環(huán)濕熱老化對(duì)T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料層間斷裂韌度的影響

徐凱龍, 劉璐璐, 趙振華, 雙 超, 陳 偉

（南京航空航天大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院，航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱環(huán)境與熱結(jié)構(gòu)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210016）

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料（carbon fiber reinforced plastics，CFRP）由于其高比強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞性能好及材料的可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用[1-2]。飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)在停放和飛行過(guò)程中，會(huì)受到外部溫度、濕度的影響，復(fù)合材料會(huì)產(chǎn)生不同程度的循環(huán)吸濕-脫濕現(xiàn)象，引起復(fù)合材料力學(xué)性能的變化[3-6]，從而影響飛機(jī)在服役過(guò)程中的安全性能以及復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用，因此評(píng)估濕熱老化后碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能具有重要意義。

復(fù)合材料在濕熱環(huán)境下經(jīng)受濕度、溫度等聯(lián)合作用會(huì)導(dǎo)致材料性能退化，是其主要腐蝕失效形式[7]。復(fù)合材料在濕熱作用下內(nèi)部的樹(shù)脂基體會(huì)吸濕溶脹、增塑、水解，空穴與微裂紋等缺陷會(huì)導(dǎo)致積水，樹(shù)脂/纖維粘接界面會(huì)產(chǎn)生脫粘破壞，進(jìn)而引起性能的改變[8]。CFRP的吸濕過(guò)程主要涉及三個(gè)方面：水分子在樹(shù)脂基體中的滲透、擴(kuò)散；水在孔隙、微裂紋和界面脫粘等缺陷中的聚集；水分子沿纖維/基體界面的毛細(xì)作用[9]。層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的層間界面結(jié)合強(qiáng)度較低[10]，容易發(fā)生分層破壞，特別是濕熱環(huán)境對(duì)復(fù)合材料的層間界面有破壞作用，表現(xiàn)之一為：基體吸水溶脹，吸濕量遠(yuǎn)大于纖維吸濕量，使樹(shù)脂基體和纖維的體積膨脹不匹配，導(dǎo)致纖維/基體界面產(chǎn)生剪應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致界面結(jié)合力下降[11-12]。

分層破壞是復(fù)合材料的主要損傷形式，因此復(fù)合材料層間斷裂韌度是復(fù)合材料層合板的一個(gè)重要力學(xué)表征量[13]，目前復(fù)合材料層合板斷裂韌度測(cè)試主要包括Ⅰ型層間斷裂韌度和Ⅱ型層間斷裂韌度測(cè)試。矯桂瓊等[14]對(duì)80 ℃恒溫濕熱條件下的碳纖維雙馬樹(shù)脂復(fù)合材料開(kāi)展Ⅰ型及Ⅱ型層間斷裂韌度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Ⅰ型層間斷裂韌度隨吸濕量增加而增大，GIC與吸濕量呈線性關(guān)系；Ⅱ型層間斷裂韌度隨吸濕量增加而增長(zhǎng)，到達(dá)峰值后繼續(xù)濕熱老化，其層間斷裂韌度開(kāi)始降低。張復(fù)盛等[15]分別對(duì)（70 ℃，RH10%）至飽和吸濕率、干燥處理（50 ℃）和室溫放置十個(gè)月等條件下的T300/14C復(fù)合材料試樣進(jìn)行Ⅰ型斷裂韌度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：吸濕過(guò)的試件層間裂紋擴(kuò)展速率比干燥的低，同時(shí)試樣吸水后，由于水分子對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基體的增塑作用，樹(shù)脂基的柔韌性明顯增強(qiáng)，導(dǎo)致復(fù)合材料層間斷裂韌度大大提高。管國(guó)陽(yáng)等[16]研究吸濕和溫度對(duì)T300/5405復(fù)合材料混合型層間斷裂韌度試件的影響，發(fā)現(xiàn)在吸濕和溫度的雙重作用下，分層尖端存在塑性變形；常溫下吸濕對(duì)復(fù)合材料的混合層間斷裂韌度的影響沒(méi)有高溫下明顯，高溫下吸濕會(huì)導(dǎo)致混合層間斷裂韌度顯著上升；單一的溫度對(duì)復(fù)合材料混合層間斷裂韌度的影響較小，濕度和溫度共同作用對(duì)其影響較大。Mohan等[17]發(fā)現(xiàn)吸濕后的層合板內(nèi)部存在游離水或者結(jié)合水，導(dǎo)致界面層的黏結(jié)劑塑化，從而導(dǎo)致界面層被破壞；吸濕對(duì)層合板斷裂韌度有較大影響，Ⅰ型和Ⅱ型斷裂韌度均下降，且Ⅱ型斷裂韌度下降幅度最大可達(dá)50%。Todo等[18]研究了碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷下的Ⅱ型層間斷裂行為，發(fā)現(xiàn)纖維/基體界面降級(jí)使GIIC下降，但樹(shù)脂基體增韌則使GIIC增加；并且隨著加載速率增加，GIIC下降。Alessi等[19]對(duì)碳纖維層合板進(jìn)行了水浸法循環(huán)濕熱老化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，循環(huán)濕熱老化對(duì)基體有塑化效應(yīng)，并且由于增韌效應(yīng)和脆化效應(yīng)的相互平衡，Ⅰ型層間斷裂韌度變化不大。Hashemi等[20]研究了幾何尺寸、加載速率和溫度對(duì)碳纖維/聚醚醚酮復(fù)合材料Ⅰ、Ⅱ型和混合型層間斷裂韌度的影響，發(fā)現(xiàn)溫度的升高提高了復(fù)合材料基體的韌度，從而使Ⅰ型層間斷裂韌度上升，相同的溫度也會(huì)增加Ⅱ型和混合型的層間斷裂韌度。鄭錫濤等[21]研究循環(huán)濕熱老化對(duì)HTA/6376復(fù)合材料Ⅱ型層間斷裂韌度的影響，研究表明，實(shí)驗(yàn)溫度和水分導(dǎo)致Ⅱ型層間斷裂韌度明顯下降，但顯著提高了Ⅱ型分層擴(kuò)展速率；Ⅱ型斷裂臨界能量釋放率受濕度的影響比溫度的影響小，Ⅱ型斷裂破壞形式主要為纖維/基體界面脫粘，但濕度對(duì)Ⅱ型斷裂韌度的影響并不明顯。Sylvie等[22]研究了濕熱環(huán)境對(duì)M6/5245C層合板復(fù)合材料層間斷裂韌度的影響，分別測(cè)試了-50 ℃、20 ℃、80 ℃、120 ℃ 下干態(tài)和濕態(tài)兩種試件的Ⅰ型層間斷裂韌度，結(jié)果表明：IM6/5245C對(duì)濕和熱的綜合作用比較敏感；觀察載荷-位移曲線，發(fā)現(xiàn)干態(tài)試件在-50 ℃時(shí)不穩(wěn)定擴(kuò)展，而吸濕后的試件在-50 ℃和120 ℃時(shí)表現(xiàn)出非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展。

目前針對(duì)濕熱環(huán)境下復(fù)合材料層間斷裂韌度實(shí)驗(yàn)采用的濕熱老化譜大部分都是單一的溫度或者濕度，且老化周期比較短，而基于循環(huán)濕熱、長(zhǎng)周期老化譜的實(shí)驗(yàn)研究較少，且復(fù)合材料在長(zhǎng)時(shí)間服役環(huán)境中濕、熱均存在，因此有必要開(kāi)展?jié)窈蜔醿煞N環(huán)境因素共同作用下碳纖維復(fù)合材料層間斷裂韌度的研究。本工作以T700/TDE-86碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料為研究對(duì)象，進(jìn)行加速濕熱老化實(shí)驗(yàn)，研究了循環(huán)濕熱老化對(duì)其Ⅰ型及Ⅱ型層間斷裂韌度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

T700/TDE-86碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料由無(wú)錫威盛碳纖維有限公司生產(chǎn)，采用熱壓罐成型，鋪層方式是 [0°]24，共計(jì)24層，平均每層厚度為0.125 mm，總厚度為 3 mm，纖維體積分?jǐn)?shù)約為 60%。在T700/TDE-86復(fù)合材料固化成型之前，在12層與13層之間鋪入一層聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）薄膜來(lái)預(yù)制裂紋，薄膜要求必須平整，厚度不超過(guò)0.05 mm。

濕熱老化實(shí)驗(yàn)采用李野等[23]編制的循環(huán)濕熱老化譜，復(fù)合材料層壓板在加速濕熱環(huán)境下力學(xué)特性和自然環(huán)境下力學(xué)特性之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，得到如下的估算時(shí)間加速系數(shù)：

式中：K為時(shí)間加速系數(shù)；t1為實(shí)際暴露的時(shí)間；t2為加速后的時(shí)間；T1，為實(shí)際暴露的溫度和相對(duì)濕度；T2，為加速環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度；C為實(shí)驗(yàn)系數(shù)。

基于上述理論，選取典型城市（北京和廣州）機(jī)場(chǎng)環(huán)境，考慮飛機(jī)飛行間隔以及飛機(jī)上升、下滑及高速飛行過(guò)程中經(jīng)歷的環(huán)境變化，采用14 d人工加速循環(huán)濕熱碳纖維復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬其一年的濕熱狀態(tài)，其中 24 h（1440 min）為循環(huán)濕熱老化譜的一個(gè)循環(huán)周期（如圖1所示），后續(xù)的濕熱老化循環(huán)數(shù)均以天作為計(jì)量單位。濕熱老化譜分三種工況：（1）平行段 1：溫度 70 ℃，相對(duì)濕度 95%；（2）平行段 2：溫度 110 ℃，相對(duì)濕度 0%；（3）過(guò)渡段：溫度在 70～110 ℃ 范圍內(nèi)上升（或 110～70 ℃ 范圍內(nèi)下降），相對(duì)濕度在95%～0%范圍內(nèi)下降（或0%～95%范圍內(nèi)上升）。循環(huán)濕熱老化實(shí)驗(yàn)在LRHS-101D-LJS型高低溫交變箱內(nèi)進(jìn)行。

根據(jù) GB/T 28891—2012，在 CMT6503萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)循環(huán)濕熱老化時(shí)間分別為0 d、14 d、70 d、140 d、210 d、280 d 的雙懸臂梁（double cantilever beam，DCB）試樣進(jìn)行Ⅰ型層間斷裂韌度實(shí)驗(yàn)，加載速率為1 mm/s，DCB試樣幾何尺寸如圖2所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖3所示。為降低水分蒸發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，需要對(duì)取出的試樣立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濕熱老化時(shí)間下測(cè)6個(gè)試件取其平均值。采用修正的梁理論（correction of beam theory，CBT）計(jì)算Ⅰ型能量釋放率GIC。

式中：F為大位移修正系數(shù)；N為加載塊修正系數(shù)，這里取，N = 1；GIC為復(fù)合材料Ⅰ型斷裂應(yīng)變能釋放率，J/m2；p為加載點(diǎn)載荷，N；δ為加載點(diǎn)位移，mm；b為試樣寬度，mm；a為有效裂紋長(zhǎng)度，mm；Δ 為實(shí)驗(yàn)擬合得到的值，這里取 Δ = 0。式中：F為大位移修正系數(shù)；δ為加載點(diǎn)位移，mm；a為有效裂紋長(zhǎng)度，mm；l1為琴式鉸鏈軸心到試樣中面的距離，mm。

圖 1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料加速循環(huán)濕熱老化譜Fig. 1 Cyclic hygrothermal aging spectrum of composite on aircraft structure

圖 2 DCB 試件幾何尺寸Fig. 2 Geometry of DCB specimen

圖 3 DCB 實(shí)驗(yàn)示意圖Fig. 3 Schematic diagram of DCB test

根據(jù) HB 7403—1996，CMT6503在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)循環(huán)濕熱老化時(shí)間分別為0 d、14 d、70 d、140 d、210 d、280 d 的端部開(kāi)口彎曲（end notched flexure，ENF）試樣開(kāi)展Ⅱ型層間斷裂韌度實(shí)驗(yàn)，加載速率為1 mm/min，ENF試樣幾何尺寸如圖4所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖5所示。同樣對(duì)濕熱老化后的試件立即開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濕熱老化時(shí)間下測(cè)6個(gè)試件取其平均值。Ⅱ型能量釋放率GIIC按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：GIIC為濕熱環(huán)境下Ⅱ型層間斷裂韌度，J/m2；p為層間裂紋起始擴(kuò)展的臨界載荷，N；δ為對(duì)應(yīng)于p的試樣加載點(diǎn)撓度，mm；α為裂紋長(zhǎng)度，mm；W為試樣寬度，mm；L為測(cè)定載荷-撓度曲線時(shí)的半跨距，mm。

圖 4 ENF 試件幾何尺寸Fig. 4 Geometry of ENF specimen

圖 5 ENF 實(shí)驗(yàn)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of ENF test

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 Ⅰ型層間斷裂韌度

大多數(shù)層合板復(fù)合材料Ⅰ型斷裂韌度是隨著裂紋擴(kuò)展而增加的，這種現(xiàn)象被稱為R曲線（resistant curve，R 曲線）[24]。R 曲線中，Ⅰ型斷裂韌度隨裂紋擴(kuò)展單調(diào)遞增直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如圖6所示。本工作循環(huán)濕熱老化處理后的試件表現(xiàn)出明顯的R曲線現(xiàn)象。圖7是不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料的Ⅰ型層間斷裂韌度GIC與有效裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。從圖7中可見(jiàn)，除濕熱老化0 d的試件外，所有試樣的初始裂紋擴(kuò)展的GIC值都相對(duì)較低，而后續(xù)裂紋擴(kuò)展的GIC值比較大，并且裂紋擴(kuò)展過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，GIC值沒(méi)有出現(xiàn)較大波動(dòng)。初始裂紋擴(kuò)展所需的GIC低于后續(xù)裂紋擴(kuò)展所需的GIC的主要原因在于，經(jīng)過(guò)循環(huán)濕熱老化處理后的試件，復(fù)合材料層間界面內(nèi)基體吸濕膨脹，促使裂紋上、下表面間距變大，預(yù)制裂紋形成肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋，如圖8所示，未經(jīng)循環(huán)濕熱老化（即循環(huán)濕熱老化0 d）的試件預(yù)制裂紋表面間距很小，肉眼不可見(jiàn)，其在數(shù)值上約等于PTFE薄膜的厚度，循環(huán)濕熱老化后的試件，如圖 8 中 140 d、210 d、280 d 的試件預(yù)制裂紋前端都出現(xiàn)明顯裂紋表面間距，裂紋尖端厚度變厚，與自然形成的裂紋存在較大的幾何尺寸方面的差異，因此在裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的時(shí)候，GIC較低，隨著裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，裂紋尖端厚度效應(yīng)消失，自然形成了裂紋，GIC提高，并逐漸趨向穩(wěn)定。

圖 6 R 曲線行為示意圖[22]Fig. 6 Diagram about behavior of R curve

圖 7 不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)下 T700/TDE86 復(fù)合材料GIC與有效裂紋擴(kuò)展關(guān)系Fig. 7 Relationship between T700/TDE86 composite GIC and effective crack size under different cyclic hygrothermal aging days

圖 8 不同循環(huán)濕熱老化天數(shù) T700/TDE86 復(fù)合材料 DCB試件的預(yù)制裂紋變化形貌Fig. 8 Precast crack morphology of DCB specimen of T700/TDE86 composite with different cyclic hygrothermal aging days

另外，GIC值表現(xiàn)出隨循環(huán)濕熱天數(shù)的增加而逐漸增大的趨勢(shì)，這與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裂紋上、下表面出現(xiàn)的纖維橋接現(xiàn)象有關(guān)。循環(huán)濕熱0 d（即未經(jīng)循環(huán)濕熱處理）時(shí)，纖維/基體界面結(jié)合力沒(méi)有受到濕熱環(huán)境的干擾，結(jié)合力較強(qiáng)，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的纖維橋接現(xiàn)象（見(jiàn)圖9（a））；隨著濕熱老化天數(shù)的增加，由于纖維/基體界面吸濕膨脹不匹配產(chǎn)生殘余應(yīng)力，造成微裂紋萌生，裂紋在濕熱應(yīng)力的促使下擴(kuò)展，導(dǎo)致基體進(jìn)一步開(kāi)裂，界面層脫粘，從而造成纖維橋接現(xiàn)象的出現(xiàn)。值得注意的是，隨著濕熱天數(shù)的增加，裂紋上、下表面之間的纖維橋接數(shù)量逐漸增加，纖維密度也由疏變密（見(jiàn)圖 9（b）～9（f）），纖維橋接現(xiàn)象增加了裂紋上、下表面的接觸面積，加劇了裂紋擴(kuò)展的阻力，具體表現(xiàn)為 GIC值的逐漸增加。Spearing等[25]在Ⅰ型層間斷裂韌度的實(shí)驗(yàn)中也觀察到纖維橋接現(xiàn)象，并認(rèn)為橫跨在分層界面之間的纖維橋接是導(dǎo)致斷裂韌度增加的主要原因。

由于R曲線效應(yīng)影響，裂紋起始擴(kuò)展能量釋放率（GIC,init）與裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展能量釋放率（GIC,prop）存在較大差異，圖10給出了T700/TDE86復(fù)合材料裂紋起始擴(kuò)展能量釋放率與裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展能量釋放率的柱狀圖。其中循環(huán)濕熱老化為0 d的T700/TDE86復(fù)合材料GIC,init與GIC,prop相同，也就是說(shuō)，未濕熱的復(fù)合材料從裂紋起始擴(kuò)展到裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展過(guò)程中，能量釋放率無(wú)太大波動(dòng)，R曲線效應(yīng)不明顯，并且 GIC,init、GIC,prop值均為最低，為 217.6 J/m2。隨著循環(huán)濕熱天數(shù)增加，T700/TDE86復(fù)合材料開(kāi)始出現(xiàn)明顯的R曲線效應(yīng)，且GIC,init呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，濕熱 280 d T700/TDE86 的 GIC,init到達(dá)最大值，為 256.6 J/m2，較濕熱 0 d 的試件提高了 17.92%。隨著循環(huán)濕熱老化天數(shù)增加，GIC,prop同樣呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，循環(huán)濕熱280 d的T700/TDE86試件GIC,prop值為最大值，較循環(huán)濕熱0 d的試件提高了53.63%，達(dá)到334.30 J/m2。盡管循環(huán)濕熱過(guò)后T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料的GIC,prop明顯高于GIC,init，但是兩者表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，即隨著濕熱老化天數(shù)的增加，T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料的Ⅰ型斷裂韌度逐漸增大。

2.2 Ⅱ型層間斷裂韌度

圖 10 不同循環(huán)濕熱老化天數(shù) T700/TDE86 碳纖維復(fù)合材料Ⅰ型層間斷裂韌度Fig. 10 Mode Ⅰ interlaminar fracture toughness of T700/TDE86 composite with different cyclic hygrothermal aging days

圖11 所示的是T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料的GIIC載荷-位移曲線。從圖11中可以看出，在每次加載過(guò)程中，所有試件的載荷-位移曲線在起始加載階段均為線性，隨著加載位移增加，載荷也相應(yīng)增大，當(dāng)載荷達(dá)到最大值時(shí)，載荷突然發(fā)生驟降，這是因?yàn)檩d荷達(dá)到最大值之后，ENF試件層間界面剪切方向的強(qiáng)度達(dá)到其臨界值，誘導(dǎo)上、下界面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，也就是說(shuō)，裂紋在此時(shí)發(fā)生擴(kuò)展。同時(shí)，從圖11中明顯可見(jiàn)，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)的增加，ENF試件峰值載荷對(duì)應(yīng)的位移在不斷減小，這表明，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)增加，T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料層間的裂紋更容易發(fā)生剪切破壞，層間界面只需較小的能量就能發(fā)生剪切失效，使得復(fù)合材料的Ⅱ型層間斷裂韌度更低。

圖12所示的是T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料的Ⅱ型層間斷裂韌度與循環(huán)濕熱老化天數(shù)的關(guān)系曲線。由圖12中可見(jiàn)，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)的遞增，GIIC值呈現(xiàn)階梯狀下降的趨勢(shì)。其中循環(huán)濕熱為0 d（即未經(jīng)循環(huán)濕熱處理）時(shí)，試件的GIIC值最大，為 904.12 J/m2，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)遞增，GIIC呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，其中值得注意的是，當(dāng)循環(huán)濕熱天數(shù)為14 d時(shí)，GIIC值下降最多，為21.68%，這主要是因?yàn)門700/TDE86復(fù)合材料在循環(huán)濕熱前期未達(dá)到飽和吸濕率，以吸濕作為主要濕熱形式，吸濕量增加，會(huì)使復(fù)合材料界面的基體發(fā)生溶脹，由此會(huì)對(duì)界面產(chǎn)生一個(gè)剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力大于界面的粘合力時(shí)，會(huì)引起界面脫粘破壞，從而導(dǎo)致界面不能有效的傳遞載荷，宏觀表現(xiàn)就是GIIC值變小，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)持續(xù)遞增，當(dāng)循環(huán)濕熱天數(shù)為70 d時(shí)，相較循環(huán)濕熱14 d而言，GIIC值有少許回升，主要是由于此時(shí)，復(fù)合材料達(dá)到飽和吸濕率，基體吸濕增塑，使得基體韌性上升。循環(huán)濕熱140～280 d這一階段，GIIC值以3%～4%的幅度緩慢下降，可能是復(fù)合材料基體內(nèi)部由于吸濕、高溫等環(huán)境因素導(dǎo)致的微裂紋擴(kuò)展、界面脫粘等損傷數(shù)量逐漸趨于飽和值，表現(xiàn)為GIIC值下降速率變緩。同時(shí)，從圖12還可以發(fā)現(xiàn)，GIIC值保留率從最初的100%下降到61.34%，這表明，隨著循環(huán)濕熱天數(shù)增加，T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料Ⅱ型斷裂韌度逐步減小。

圖 11 不同循環(huán)濕熱老化天數(shù)Ⅱ型層間斷裂韌度實(shí)驗(yàn)載荷-位移曲線Fig. 11 Load-displacement curve of mode Ⅱ interlaminar fracture toughness of composite with different cyclic hygrothermal aging days

圖 12 Ⅱ型層間斷裂能量釋放率和保留率隨循環(huán)濕熱老化天數(shù)的變化Fig. 12 Vary of mode Ⅱ interlaminar fracture toughness and retention rate with different cyclic hygrothermal aging days

3 結(jié)論

（1）T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料Ⅰ型層間斷裂韌度經(jīng)循環(huán)濕熱老化之后，出現(xiàn)明顯的R曲線效應(yīng)，且隨著循環(huán)濕熱老化天數(shù)增加，裂紋初始擴(kuò)展能量釋放率（GIC,init）與裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展能量釋放率（GIC,prop）均大幅提高。

（2）T700/TDE86碳纖維復(fù)合材料Ⅱ型層間斷裂韌度經(jīng)循環(huán)濕熱老化之后明顯下降，且隨著循環(huán)濕熱老化天數(shù)的增加，Ⅱ型層間斷裂韌度呈現(xiàn)階梯形下降趨勢(shì)，且濕熱老化前期下降幅度最大，為21.68%，循環(huán)濕熱老化后期，下降幅度趨于平緩。