M40JEC复合材料的温湿效应
关镛词复合材料高模量石墨纤维力学性能湿热改性环氧树脂卫星结构设计要解决的主要问题是在满足强度要求的条件下，重点解决刚度问题，即寻求比模量尽量篼的结构材料。因此，GY70、Pitch75、M40等篼模量石墨纤维增强的树脂基复合材料在制造卫星本体结构和有效载荷中得到了较为广泛的应用，如卫星本体结构的中心承力筒、太阳电池阵、卫星天线等。
但是，由于篼模量、超篼模量石墨纤维的脆性大，断裂伸长率低，因而其树脂基复合材料的冲击性能差，损伤容限较低，使其在某些领域的应用受到了一定的限制，也大大制约了复合材料结构件的抗损伤性能和可靠性的提篼。同时，复合材料作为一种结构材料，无论是在空间环境还是在大气环境中都要受到储存和使用环境的影响，湿热条件对复合材料性能的影响则尤为显著。因此，我们在对国内生产的复合材料基体进行分析研究的基础上，开展了篼模量、高强度石墨纤维增强高钿性低吸湿环氧树脂（M40/EC）复合材料的研究工作。
1实验部分1.1原材料-80，上海合成树脂研究所；环氧树脂：E型，金陵巴斯夫公司；酚醛环氧树脂：4211，北京航空材料研究院；双马来酰亚胺（BMI）：5405，北京航空材料研究院；增韧环氧树脂：5288，北京航空材料研究院；固化剂：自制。
1.2主要仪器、设备-100型，济南试验机-5型，长春非金属材料试验机厂；-2型，北京航空材料研究院。1.3试样制备-80环氧树脂、E型环氧树脂、固化剂等组分用溶剂溶解成均相透明溶液后，制成篼韧性低吸湿环氧树脂（EC）；以篼模量、高强度石墨纤维为增强材料，用湿法单向纤维缠绕机制成M40/EC预浸料，纤维间距为3.2mm.将M40/EC预浸料按模板大小裁切，在模板上铺覆、封装后，置于热压罐中。其固化工艺为：从室温以1.52.0/11的升温速率升温至140，保温40~60min，并施加0.6 -0.7MPa的压力，然后以152.Ot/min的升温速率升温至180T，保温120min后，随炉冷却至室温，取出制件，在200T下保温180min进行后固化，再按相应标准制样。
1.4性能测试复合材料的拉伸性能、弯曲性能和剪切性能分行测试。
将试样浸泡在100的去离子水中，定期用分析天平称量试样的增重，然后计算试样的吸湿率；试3结果与讨论3.1M40/EC复合材料的常温力学性能采用自制的新型固化剂研制的新型EC，既有优异的耐湿热性能，又兼具r良奸的韧性m.笔者采用该树脂与高模量高强度石墨纤维（M40）制作了M40/EC复合材料，其常温下的力学性能与另两种复合材料的比较见表1.表〗几种复合材料的温力学性能比较项目平均值离散系数/%平均值离散系数/%平均g离散系数/% y拉伸强度/MPa拉伸弹性模弯曲强度，MPa弯曲弹性模/GPa层间剪切强由表1可知，M40/EC复合材料的拉伸强度、弯曲强度等强度性能参数均明显优于高模量石墨纤维/酚醛环氧树脂（M40/4211），特别是层间剪切强度获得了较大幅度的提高。同时，M40/EC复合材料的拉伸弹性模量、弯曲弹性模量等刚度性能参数则明显高于通用型石墨纤维/增韧环氧树脂（T300/.5228）。由此可见，M40/EC复合材料的综合性能指标明显优于M40/4211和T300/5228复合材料，兼具了T300/5228的高强度和M40/4211的高模量，是一种力学性能优异的复合材料。
3.2M40/EC复合材料的高温力学性能温度和湿度对复合材料基体的影响比对纤维的影响大得多，一般情况下可忽略对纤维的影响W.在使用条件下，复合材料结构中的温度循环要比湿扩散快几个数量级（一般为16倍），温度循环可在一次使用中发生数次，而湿扩散是在整个寿命期内进行的，因此可以分别考虑温度和湿度对复合材料的影响。由于M40/EC复合材料基体的主体树脂为多官能团环氧树脂，而且采用了新型固化剂，引人了耐高温、耐高湿反应基团，使基体的干态玻璃化温度达到了226.与M40/4211复合材料的酚醛环氧树脂基体相比，其固化后具有更高的交联密度，因而耐热性较好。虽然对M40/EC复合材料的环氧树脂基体进行了化学改性并加人了热塑性增韧剂，但由于增韧剂的玻璃化温度较高（达220XV），因而对基体树脂的耐热性几乎没有什么影响。由于T300/5228复合材料中基体树脂的玻璃化温度为2261：6，所以该复合材料的高温力学性能应优于M40/4211复合材料3130T：干态下几种复合材料的性能保持率比较见。
一层间剪切强度：一弯曲强度；□―弯曲弹性模量图I 1301干态下几种复合材料的性能保持率由可知，M40/EC复合材料具有较好的耐高温性能，其在130：下的弯曲强度和层间剪切强度保持率明显高于耐篼温性能良好的T300/5228和T300/5405（双马来酰亚胺）复合材料。
3.3 M40/EC复合材料的耐湿热性能湿热环境不仅可以较大程度地影响复合材料的力学性能和耐热性，而且由于水分的扩散，还能进一步影响复合材料的界面结合强度，从而影响复合材料的各项性能。特别是石墨纤维增强树脂基复合材料的弯曲强度、层间剪切强度对湿热环境最为敏感。示出水煮时间对M40/EC复合材料130T湿态下的性能保持率的影响c您腱水煮时间/h O―弯曲强度；一弯曲弹性模量；▲―层间剪切强度130湿态下M40/EC的性能保持率由可知，M40/EC复合材料高温下的弯曲强度、层间剪切强度在水煮12h内有较大的性能损失，而后其性能却略有提高，并稳定在一定的范围内。可见M40/EC复合材料对湿热环境的响应时间较短，而且力学性能的损失较小。为水煮48h后几种复合材料在1301下的力学性能保持率比较。
130湿态下几种复合材料的性能保持率在130T湿态下的弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度的保持率明显高于T300/5228和T300/5405复合材料。由此可见M40/EC是一种耐湿热性能优异的复合材料。
4结论M40/EC复合材料的各项力学性能优于T300/5228和M40/4211，尤其是其层间剪切强度比M40/4211有显著提高，兼具了T300/5228的高强度和M40/4211的高模量。
M40/EC复合材料具有较好的耐高温性能，在130T下具有较高的弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度保持率：M40/FX复合材料具有优异的耐湿热性能，其在130T干态和湿态下的弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度的保持率明显高于T300/5228和T300/5405复合材料。
