温度与加载速率调控下玻璃纤维增强酚醛复合材料的弯曲响应及长期耐久性预测

为解决非线性粘弹性区域聚合物长期耐久性预测难题，研究人员通过注射成型制备了玻璃纤维(GF)/酚醛复合材料，结合三点弯曲实验、动态力学分析(DMA)和扫描电镜(SEM)揭示了温度/加载速率对材料动态/静态力学性能的影响规律，验证了时温等效原理(TTSP)在非线性区域的适用性，构建的储能模量主曲线显示GF增强可使材料耐久性提升2.6%（190.3年后），为高温工况下复合材料寿命预测提供新方法。

　　

这项研究揭示了玻璃纤维(GF)增强酚醛复合材料在热-力耦合作用下的独特力学行为。通过注射成型制备的短切GF/酚醛复合材料，在动态力学分析(DMA)中展现出温度与频率依赖的储能模量变化规律，符合时温等效原理(TTSP)的预测。三点弯曲实验数据表明，当应变速率提升10倍时，材料的弯曲强度可增加15%，而温度每升高50°C则导致模量下降约30%。扫描电镜(SEM)显微结构分析证实，GF与酚醛树脂基体的界面结合强度是影响长期性能的关键因素。

有趣的是，通过TTSP构建的储能模量主曲线预测显示，即便在190.3年的超长期老化后，GF的加入仍能使复合材料保持比纯树脂高2.6%的残余性能。这种"时间-温度-力学性能"的三维关联规律，为航空航天领域高温部件（如火箭隔热层）的寿命预测提供了量化依据。特别是在非线性粘弹性区域（应变>0.5%）的适用性验证，突破了传统TTSP仅适用于线性区域的限制。