酸、堿和濕熱因素對(duì)碳纖維復(fù)合芯老化的影響

居一峰，陳蔚卓，高弋淞，廖永力，黃增浩，朱登杰，張志強(qiáng)

(1．海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司海口供電局，海南 海口 570000； 2．南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州510663)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)電力供給的需求不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)有線(xiàn)路的輸電能力已難以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需要，過(guò)負(fù)荷問(wèn)題導(dǎo)致停電、斷電事故頻頻發(fā)生。絞合式碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)是一種新型的架空輸電導(dǎo)線(xiàn)，它與常規(guī)鋼芯鋁絞線(xiàn)的最大區(qū)別就是以碳纖維復(fù)合芯代替鋼芯，起機(jī)械支撐作用[1]。碳纖維復(fù)合材料芯由以碳纖維為增強(qiáng)體、熱固樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料絞合而成，導(dǎo)電部分為軟鋁絞線(xiàn)?；谒褂玫牟牧虾蛯?dǎo)線(xiàn)結(jié)構(gòu)，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)具有重量輕、強(qiáng)度大、載流量大、耐高溫、耐腐蝕等性能優(yōu)勢(shì)，能大大增加線(xiàn)路的輸電能力，有良好的發(fā)展前景[2-7]。我國(guó)自2011年起開(kāi)始研發(fā)絞合式碳纖維芯軟鋁絞線(xiàn)，于2012年初成功研制出該導(dǎo)線(xiàn)及其配套金具，目前已通過(guò)全面的型式試驗(yàn)[8]。但由于目前尚無(wú)法全面了解該導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)復(fù)合材料芯棒的老化問(wèn)題缺乏深入研究，該導(dǎo)線(xiàn)仍處于試運(yùn)行階段，未得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。對(duì)此，本文參考絕緣子老化試驗(yàn)方法[9-10]，對(duì)碳纖維復(fù)合芯在不同溶液介質(zhì)和濕熱環(huán)境中的老化行為開(kāi)展研究工作，以期對(duì)復(fù)合芯的材料性能有更全面的了解。

1 試驗(yàn)方法

1.1 加速老化試驗(yàn)方法

本文選取直徑為2.05 mm的單根碳纖維復(fù)合芯作為試驗(yàn)樣品，將其切割成一批長(zhǎng)度均為70 mm的短樣，開(kāi)展加速老化試驗(yàn)。為了比較不同處理時(shí)間的碳纖維復(fù)合芯樣品的老化情況，每種老化試驗(yàn)均設(shè)置6組(含空白對(duì)照組)，每隔7天取出1組樣品，清洗干凈后用密封袋保存，后續(xù)進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)。

1.1.1 酸環(huán)境老化

利用98%濃硫酸配置成1 mol/L的硫酸溶液，將碳纖維復(fù)合芯樣品用無(wú)水乙醇和濾紙擦拭干凈后完全放入硫酸溶液中進(jìn)行常溫浸泡，以此模擬碳纖維復(fù)合芯在酸性環(huán)境中的加速老化。

1.1.2 堿環(huán)境老化

利用氫氧化鈉固體粉末配置1 mol/L的氫氧化鈉溶液，將碳纖維復(fù)合芯樣品用無(wú)水乙醇和濾紙擦拭干凈后完全放入堿溶液中進(jìn)行常溫浸泡，以此模擬碳纖維復(fù)合芯在堿性環(huán)境中的加速老化。

1.1.3 濕熱老化

參考絕緣子試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22079—2008《標(biāo)稱(chēng)電壓高于1 000 V使用的戶(hù)內(nèi)和戶(hù)外聚合物絕緣子一般定義、試驗(yàn)方法和接受準(zhǔn)則》[11]，對(duì)碳纖維復(fù)合芯樣品進(jìn)行鹽水煮試驗(yàn)，以此模擬碳纖維復(fù)合芯在南方沿海地區(qū)高溫高濕以及海霧環(huán)境下的加速老化。水煮溶液為含0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl的去離子水，溶液溫度設(shè)為99 ℃，將樣品用無(wú)水乙醇和濾紙擦拭干凈后完全放入預(yù)先調(diào)好溫度的恒溫水浴試驗(yàn)箱中進(jìn)行水煮試驗(yàn)。

1.2 測(cè)試與表征方法

1.2.1 彎曲性能試驗(yàn)

碳纖維復(fù)合芯樣品的彎曲性通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)試得到，本文采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)CMT6104，試驗(yàn)方法參考GB/T 1449—2005《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》[12]。為減小材料分散性的影響，每組試驗(yàn)取5根樣品的測(cè)試平均值。

1.2.2 傅里葉紅外光譜分析

傅里葉紅外光譜分析可比較老化前后試樣官能團(tuán)的變化情況。試驗(yàn)采用溴化鉀壓片法，將碳纖維復(fù)合芯樣品與KBr按1∶150的質(zhì)量比混勻研磨成粉末，并用壓片機(jī)壓片制樣；再利用Nicole is 50紅外光譜儀對(duì)壓片樣品進(jìn)行傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR)分析試驗(yàn)，儀器分辨率為4 cm-1，掃40次，頻譜范圍為400～4 000 cm-1。

1.2.3 熱失重試驗(yàn)

熱失重試驗(yàn)是將待測(cè)樣品中的某些成分在所設(shè)溫度程序下分解揮發(fā)，記錄下物質(zhì)質(zhì)量與溫度的關(guān)系的熱分析方法[13]。通過(guò)熱失重試驗(yàn)可以初步判斷在不同介質(zhì)環(huán)境中浸泡不同時(shí)間的樣品中的可分解質(zhì)量是否發(fā)生變化。在本項(xiàng)試驗(yàn)中，將各組碳纖維復(fù)合單芯樣品分別鋸成長(zhǎng)度2～3 mm、質(zhì)量5～20 mg的樣品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備為Perkin Elmer公司生產(chǎn)的TGA4000，儀器升溫區(qū)間為50～1 000 ℃，升溫速率為10 ℃/min，分解環(huán)境為氮?dú)狻?/p>

1.2.4 微觀形貌觀察

掃描電子顯微鏡(SEM)是利用高能電子束掃描樣品，在電子束的作用下樣品激發(fā)出二次電子，通過(guò)二次電子信號(hào)成像得到放大后的樣品表面微觀形貌[14]。為了觀察碳纖維復(fù)合芯老化前后的微觀形貌，將樣品放置在60 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中烘干，測(cè)試前進(jìn)行噴金處理，采用德國(guó)蔡司公司生產(chǎn)的SUPRATM 55掃描電子顯微鏡進(jìn)行微觀形貌結(jié)構(gòu)觀察。

2 結(jié)果分析及討論

2.1 宏觀形貌變化

由于碳纖維復(fù)合芯材料本身對(duì)不同環(huán)境的耐受性存在差異，在本試驗(yàn)所設(shè)的3種浸泡環(huán)境下也有不同的宏觀形貌變化。對(duì)比全新的碳纖維復(fù)合芯，酸浸泡不同時(shí)間的樣品外觀均沒(méi)有發(fā)生肉眼可見(jiàn)的改變，浸泡樣品的酸溶液中也未出現(xiàn)其他可見(jiàn)雜質(zhì)，初步推測(cè)該碳纖維復(fù)合芯可能具有較好的耐酸特性。圖1為酸浸泡28 d后的樣品。

圖2為堿浸泡28 d后的樣品，對(duì)比全新的碳纖維復(fù)合芯，該單股樣品外層纏繞的有機(jī)纖維已發(fā)生松散，剝開(kāi)觀察里面的碳纖維復(fù)合材料，除卻最內(nèi)層保持堅(jiān)硬的芯棒結(jié)構(gòu)，其余部分松散成絲絮狀的碳纖維絲。對(duì)比浸泡不同時(shí)間的幾組樣品可以發(fā)現(xiàn)，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，碳纖維復(fù)合材料的松散程度增加，內(nèi)層未受影響的部分減少，即樣品由外到內(nèi)受到的破壞加?。淮送?，浸泡樣品的堿溶液中沉淀了少量樣品碎屑。據(jù)此初步推測(cè)碳纖維復(fù)合芯對(duì)堿環(huán)境比較敏感。

圖1 酸浸泡28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品Fig.1 The sample after 28 days of acid immersion

圖2 堿浸泡前后碳纖維復(fù)合芯樣品對(duì)比Fig.2 The samples before and after alkaline immersion

圖3為鹽水煮28 d后的樣品，絞合芯棒明顯出現(xiàn)松股情況，對(duì)比全新的碳纖維復(fù)合芯，該樣品放置晾干后，整個(gè)表層顏色略微發(fā)灰，個(gè)別處纖維發(fā)黃，其余無(wú)明顯改變。

2.2 彎曲性能變化

在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，被測(cè)樣品會(huì)受到壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的作用[15]。其中，上表面受到壓頭施與的壓應(yīng)力作用，造成基體壓斷和纖維斷裂；下表面受到拉應(yīng)力作用，主要發(fā)生纖維拔出和基體破壞。當(dāng)壓力上升到最大載荷時(shí)，被測(cè)樣品會(huì)發(fā)出一聲崩裂的聲響，在外層保護(hù)纖維的包覆下樣品并未斷裂成2部分，但材料性能已失效。

圖3 鹽水煮前后碳纖維復(fù)合芯樣品對(duì)比Fig.3 The samples before and after salt water boiling

不同老化時(shí)間下碳纖維復(fù)合芯樣品的彎曲強(qiáng)度保留率如圖4所示。碳纖維復(fù)合芯樣品在硫酸溶液中常溫浸泡35 d期間，彎曲強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化，強(qiáng)度保持在95%以上；在氫氧化鈉溶液中，彎曲強(qiáng)度快速衰減，截止到35 d時(shí)彎曲強(qiáng)度僅剩29.7%；在鹽水煮環(huán)境下，彎曲強(qiáng)度也有明顯衰減，但破壞程度不如堿環(huán)境下顯著。此外也可以看出，在堿浸泡和鹽水煮這2種環(huán)境下，浸泡初期樣品的彎曲強(qiáng)度衰減最迅速，說(shuō)明碳纖維復(fù)合芯在浸泡初期力學(xué)性能下降最快。

圖4 不同老化時(shí)間下碳纖維復(fù)合芯的彎曲強(qiáng)度保留率Fig.4 Flexural strength retention rates of the composite core in different aging times

比較酸環(huán)境和堿環(huán)境對(duì)碳纖維復(fù)合芯材料的影響容易發(fā)現(xiàn)，在相同溫度和相同濃度的條件下，堿性溶液對(duì)碳纖維復(fù)合芯材料有更明顯的破壞，由此也說(shuō)明該材料具有明顯的耐酸不耐堿的特點(diǎn)。由于碳纖維絲本身具有很強(qiáng)的耐老化、耐酸堿性能，基本不受外界環(huán)境的影響，猜測(cè)碳纖維復(fù)合芯彎曲性能下降是溶液介質(zhì)和水分對(duì)樹(shù)脂基體的破壞導(dǎo)致。

2.3 傅里葉紅外光譜分析

碳纖維復(fù)合芯主要由2部分構(gòu)成：外層的有機(jī)纖維和內(nèi)部的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。本文研究的碳纖維復(fù)合芯所使用的環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂，同時(shí)，為了提高環(huán)氧樹(shù)脂的性能還會(huì)加入一定量的固化劑和增韌劑[16]。環(huán)氧樹(shù)脂及其添加劑中含有多種官能團(tuán)，因此能得到豐富的紅外光譜信息。為避免外層有機(jī)纖維的官能團(tuán)對(duì)測(cè)試造成的干擾，以下分析均取內(nèi)部的碳纖維-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合層作為測(cè)試樣品。

2.3.1 未老化碳纖維復(fù)合芯的FTIR分析

圖5 未老化碳纖維復(fù)合芯樣品的紅外光譜圖Fig.5 Infrared spectrum of the composite core before aging

表1 碳纖維復(fù)合芯紅外光譜吸收峰位及對(duì)應(yīng)官能團(tuán)Tab.1 Infrared spectrum absorption peak positions and the corresponding functional groups

2.3.2 老化后碳纖維復(fù)合芯樣品的FTIR分析

圖6中的2條譜線(xiàn)分別為全新樣品和酸浸泡28 d后的樣品紅外光譜，可以看出老化前后譜圖的峰位、峰形基本一致，說(shuō)明經(jīng)硫酸溶液浸泡老化后碳纖維復(fù)合芯中的基團(tuán)種類(lèi)基本不變，峰強(qiáng)變化也不甚明顯，表明樣品內(nèi)部的環(huán)氧樹(shù)脂基體以及固化劑等成分不易受硫酸影響發(fā)生化學(xué)老化。

圖6 酸浸泡碳纖維復(fù)合芯樣品的紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectrum of the composite core after acid immersion

圖7中的2條譜線(xiàn)分別為全新樣品和堿浸泡28 d后樣品內(nèi)層紅外光譜。比較樣品浸泡前后的譜圖可以看出，前者的—OH峰強(qiáng)明顯大于后者，說(shuō)明堿浸泡后樣品中的羥基含量明顯增加，有發(fā)生了水解反應(yīng)。在堿浸泡28 d樣品的譜圖中，未出現(xiàn)1 736 cm-1的酯羰基吸收峰，與環(huán)氧樹(shù)脂相關(guān)的官能團(tuán)吸收峰也大大減弱甚至消失不見(jiàn)，進(jìn)一步說(shuō)明碳纖維復(fù)合芯中的環(huán)氧樹(shù)脂基體及固化劑等成分在堿性環(huán)境中發(fā)生了嚴(yán)重的降解。在堿性環(huán)境下樹(shù)脂的水解反應(yīng)方程為：

圖8中的2條譜線(xiàn)分別為全新樣品和鹽水煮28 d后的樣品紅外光譜，可以看到，主要吸收峰的峰位基本一致，說(shuō)明鹽水煮后碳纖維復(fù)合芯中的基團(tuán)種類(lèi)基本不變。相比于未老化樣品，水煮后樣品的—OH峰強(qiáng)明顯變強(qiáng)，這可能是水分子浸入導(dǎo)致。在水煮28 d的樣品紅外譜線(xiàn)中，位于峰位波數(shù)1 182 cm-1的峰強(qiáng)明顯變?nèi)?，可能是環(huán)氧樹(shù)脂中的部分醚鍵受到破壞，但其余官能團(tuán)的相對(duì)峰強(qiáng)變化不大，因此認(rèn)為水煮環(huán)境對(duì)樹(shù)脂基體化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響很小。

圖7 堿浸泡碳纖維復(fù)合芯樣品的紅外光譜圖Fig.7 Infrared spectrum of the composite core after alkaline immersion

圖8 鹽水煮碳纖維復(fù)合芯樣品的紅外光譜圖Fig.8 Infrared spectrum of the composite core after salt water boiling

2.4 碳纖維復(fù)合芯的熱失重分析

碳纖維是一種含碳量高達(dá)90%以上的無(wú)機(jī)高分子纖維材料[19]，耐熱性能優(yōu)異。在本試驗(yàn)所設(shè)的溫度范圍(常溫至1 000 ℃)及氮?dú)猸h(huán)境下，碳纖維不會(huì)分解[20～23]，因此碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重過(guò)程主要是環(huán)氧樹(shù)脂基體(含固化劑等添加劑)以及表層有機(jī)纖維的分解，熱分解完全后樣品中的剩余成分即為碳纖維。

2.4.1 全新碳纖維復(fù)合芯的熱失重分析

未老化碳纖維復(fù)合芯的熱失重(TGA)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖9。

由圖9可以看到：在50～1 000 ℃范圍內(nèi)，熱失重曲線(xiàn)只有1個(gè)臺(tái)階，600 ℃后，樣品質(zhì)量基本穩(wěn)定，說(shuō)明碳纖維復(fù)合芯中其他主成分即環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)纖維都在200～600 ℃范圍內(nèi)基本分解完，剩余未能分解的成分即為碳纖維，由熱失重分析可得未老化的碳纖維復(fù)合芯中碳纖維含量占70%左右。

2.4.2 老化后碳纖維復(fù)合芯的熱失重分析

在堿溶液中浸泡不同時(shí)長(zhǎng)的碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)如圖10所示。隨著浸泡天數(shù)的增加，樣品熱分解完全后的剩余質(zhì)量占比有所增加，說(shuō)明樣品中碳纖維的含量提高，樹(shù)脂基體(含添加劑)的含量減少。這也從質(zhì)量的角度證明樣品中的環(huán)氧樹(shù)脂在堿溶液中發(fā)生了降解，并且隨浸泡周期的延長(zhǎng)，樹(shù)脂基體的損失越嚴(yán)重，復(fù)合界面也可能因此受到影響，所以在宏觀上表現(xiàn)出樣品的彎曲性能?chē)?yán)重衰減。

圖9 未老化碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)Fig.9 The TGA curve of the composite core before aging

圖10 堿浸泡碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)Fig.10 The TGA curve of the composite core after alkaline immersion

在硫酸溶液中浸泡不同時(shí)長(zhǎng)的碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)如圖11所示。與老化前的樣品相比，酸浸泡的樣品熱分解完全后，剩余質(zhì)量占比只有輕微增加，沒(méi)有呈現(xiàn)一定的規(guī)律性?？紤]到碳纖維復(fù)合芯中各成分的分布不完全均勻，在分散性允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為酸浸泡老化后樣品中樹(shù)脂基體(含添加劑)的含量無(wú)明顯變化，進(jìn)一步證明在硫酸溶液中復(fù)合芯內(nèi)的主要成分均沒(méi)有明顯減少，因此宏觀上酸浸泡樣品的彎曲性能沒(méi)有明顯降低。

圖11 酸浸泡碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)Fig.11 The TGA curve of the composite core after acid immersion

在高溫高濕(鹽水煮)環(huán)境中浸泡不同時(shí)長(zhǎng)的碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)如圖12所示。隨著浸泡天數(shù)的增加，樣品熱分解完全后的剩余質(zhì)量占比也有所增加，說(shuō)明樣品中碳纖維的含量提高，樹(shù)脂基體(含添加劑)的含量減少，說(shuō)明樹(shù)脂在水煮環(huán)境下遭到破壞，導(dǎo)致質(zhì)量減少。由FTIR分析已得知樹(shù)脂及添加劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)受水煮環(huán)境的影響不大，說(shuō)明水煮主要是對(duì)樹(shù)脂造成物理破壞，由此推測(cè)樹(shù)脂含量的減少是由于水分子在高溫激勵(lì)下迅速浸入樣品內(nèi)部，引起樹(shù)脂溶脹、脫落而導(dǎo)致。此外也注意到，不同老化周期的樣品熱失重曲線(xiàn)相差不明顯，以未老化和老化為分界才有明顯的差異，說(shuō)明樹(shù)脂含量主要在前期減少，這也證明在水煮條件下樣品的老化過(guò)程主要集中在浸泡前期，在這期間樣品的老化速度最快，宏觀上則體現(xiàn)為浸泡前期樣品的彎曲性能迅速衰減。

圖12 鹽水煮碳纖維復(fù)合芯樣品的熱失重曲線(xiàn)Fig.12 The TGA curve of the composite core after salt water boiling

以上分析說(shuō)明老化后碳纖維復(fù)合芯力學(xué)性能的衰減情況主要與樹(shù)脂基體有關(guān)，樹(shù)脂基體含量的減少以及由此造成的界面破壞將直接影響碳纖維復(fù)合芯的力學(xué)性能。

2.5 微觀形貌觀察

利用掃描電子顯微鏡(SEM)可以直觀地看到浸泡前后碳纖維復(fù)合芯內(nèi)部的微觀形貌變化。由于碳纖維復(fù)合芯外層的有機(jī)纖維只起保護(hù)作用，影響其性能的關(guān)鍵是內(nèi)層的碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，故SEM測(cè)試也選取除去外層纖維的部分作為觀察樣品，電鏡觀察方向垂直于碳纖維軸向。

未老化碳纖維復(fù)合芯樣品表面的微觀形貌如圖13所示。

圖13 未老化碳纖維復(fù)合芯樣品表面微觀形貌Fig.13 Microscopic appearance of the sample before aging

由圖13可以看到碳纖維表面以及纖維之間覆蓋了大量環(huán)氧樹(shù)脂基體，放大局部區(qū)域如圖13(c)所示，能夠清楚看到環(huán)氧樹(shù)脂平整、光滑，呈1層完整的片狀包覆在纖維表面，與碳纖維之間的界面結(jié)合緊密，說(shuō)明樹(shù)脂基體能通過(guò)界面有效地向碳纖維傳遞應(yīng)力。

酸浸泡28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品表面的微觀形貌如圖14所示。

圖14 酸浸泡28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品表面微觀形貌Fig.14 Microscopic appearance of the sample after 28 days of acid immersion

由圖14可以看到碳纖維周?chē)园擦溯^多完整的樹(shù)脂，界面粘合程度較好，說(shuō)明硫酸不易對(duì)碳纖維復(fù)合芯內(nèi)部的形貌造成破壞。結(jié)合FTIR和熱失重分析，可以證明碳纖維復(fù)合芯內(nèi)部的樹(shù)脂基體和界面確實(shí)受酸性環(huán)境的影響不大，故仍具有較好的力學(xué)性能。

堿浸泡28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品表面的微觀形貌如圖15所示。

圖15 堿浸泡28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品表面微觀形貌Fig.15 Microscopic appearance of the sample after 28 days of alkaline immersion

從圖15(a)可以看到大量裸露的碳纖維絲，周?chē)究床坏綐?shù)脂基體，放大至圖(b)、(c)可以看出，纖維表面僅有非常少量的樹(shù)脂碎屑?xì)埩?，纖維之間的分界也明顯露出，這進(jìn)一步證明堿浸泡后樹(shù)脂基體基本被降解完全，纖維樹(shù)脂之間的界面基本不復(fù)存在，因此外加載荷無(wú)法有效傳遞給碳纖維，導(dǎo)致材料整體的力學(xué)性能大大降低。

鹽水煮28 d后的樣品微觀形貌如圖16所示。

圖16 鹽水煮28 d的碳纖維復(fù)合芯樣品表面微觀形貌Fig.16 Microscopic appearance of the sample after 28 days of salt water boiling

由圖16可以看到纖維表面包覆的樹(shù)脂基體受到嚴(yán)重的侵蝕，樹(shù)脂厚度變得十分不均勻，樹(shù)脂表面也變得更加粗糙，放大后如圖16(c)所示，可以看出界面結(jié)構(gòu)遭到明顯破壞，樹(shù)脂基體呈現(xiàn)出形似“蜂窩”的樣貌，這應(yīng)該是水分子滲入侵蝕導(dǎo)致。可見(jiàn)，吸濕和高溫的雙重作用會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂基體和界面的形貌受到嚴(yán)重破壞，基體和界面都不再是致密、平整的結(jié)構(gòu)，界面粘合程度下降，從而應(yīng)力傳遞能力受到影響，導(dǎo)致碳纖維復(fù)合芯的彎曲性能下降。

3 結(jié)論

本文著眼于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的材料老化問(wèn)題，主要研究了酸、堿以及濕熱因素對(duì)碳纖維復(fù)合芯的老化影響，得到以下結(jié)論：

a)碳纖維復(fù)合芯在酸、堿介質(zhì)下的耐老化性與樹(shù)脂基體的耐受性直接相關(guān)，在試驗(yàn)所設(shè)的浸泡時(shí)間和溶液濃度條件下，堿溶液中樹(shù)脂會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的分解反應(yīng)，化學(xué)老化劇烈，而硫酸溶液中樹(shù)脂基體基本不受影響。宏觀上表現(xiàn)為堿浸泡后碳纖維復(fù)合芯的彎曲性能基本喪失，酸浸泡后碳纖維復(fù)合芯仍具有較好的彎曲性能。

b)碳纖維復(fù)合芯在水煮環(huán)境中的劣化主要是物理老化，溫度和水分子的雙重作用下樹(shù)脂基體發(fā)生溶脹，導(dǎo)致樹(shù)脂基體含量減少，從而碳纖維復(fù)合芯的彎曲性能也受到影響。

c)從SEM形貌觀察看出堿浸泡和水煮導(dǎo)致碳纖維復(fù)合芯的樹(shù)脂基體形貌發(fā)生明顯變化、樹(shù)脂與纖維間的界面發(fā)生脫粘破壞，結(jié)合彎曲測(cè)試結(jié)果可以說(shuō)明碳纖維復(fù)合芯老化后的性能衰減與基體和界面結(jié)構(gòu)的破壞直接相關(guān)。