1  引言
    濕熱老化試驗是一種人工模擬環境試驗。使用濕熱試驗設備產生濕熱氣氛模擬產品在儲存、運輸和使用過程中可能遇到的濕熱環境，以考核產品的耐候性。人工加速濕熱老化一般采用恒溫恒濕試驗法和交變溫濕度循環試驗法。濕熱老化試驗除了人工模擬濕熱環境外還具有加速作用，可大大縮短試驗時間，且具有與現場暴露試驗相似的試驗結果。
    隨著復合材料應用的不斷推廣，上世紀90年代，人們嘗試用復合材料代替金屬材料制作導線的芯材，取得了一定的成果，并開發出幾種復合材料芯導線。日本學者用碳纖維復合材料芯代替鋼芯，開發出新型碳纖維復合芯鋁導線。美國CTC復合材料科技公司對碳纖維復合材料芯電纜展開了一系列研究，并開發出相應的產品。無錫遠東電纜有限公司用碳纖維增強環氧樹脂制得復合材料電纜芯，并對復合材料芯電纜的安全性和可靠性進行了檢測，但對其在各種環境介質下的老化研究尚未開展。
    混雜纖維增強環氧樹脂復合材料電纜芯增強體由外層玻璃纖維包裹內層碳纖維構成。與傳統鋼芯相比，它具有輕質、高強、耐高溫及耐腐蝕等優點。與碳纖維增強復合材料芯相比，它具有耐磨的特性。電纜芯工作環境惡劣，除了高溫和長期張力負荷外，雨水侵蝕及風引起的振動通常會影響其工作壽命。復合材料電纜芯的失效一般認為是由退化機制造成的。在濕熱和載荷等作用下纖維、基體和界面發生了物理、化學變化和降解。本文采用拉擠成型工
藝，制備了玻璃纖維／碳纖維混雜增強環氧樹脂復合材料電纜芯，并模擬電纜芯的工作環境，著重研究了其濕熱老化性能及強度退化機制。
2  實驗部分
2.1  原料及設備
    本文使用的原料及設備詳見表1，2。

2.2  試驗
    本文使用以上原料拉擠成型復合材料電纜芯，在80℃及，RH95％下對其進行加速濕熱老化試驗。按GB/T13096.2-91和ASTM D4475-02要求制備試樣，每250h取出一次，共進行1750h，分別測試不同濕熱老化時間下試樣的彎曲強度和短梁剪切強度，并用掃描電鏡觀察試樣斷口形貌。
3  結果與討論
3.1  力學性能
    混雜纖維增強環氧樹脂復合材料電纜芯的彎曲強度、彎曲模量、層間剪切強度與加速濕熱老化時間的關系見表3。

  從表3可以看出，高溫高濕老化過程中彎曲強度和彎曲模量并非一直下降，而是一個起伏的過程。這表明溫度、濕度對材料性能的有利和不利影響同時作用于試樣的老化過程中。一方面高溫下濕氣的滲透，惡化了界面性能，導致力學性能下降；另一方面高溫使材料中的樹脂固化程度增加，造成力學性能提高，兩種作用的強弱不同和相互消長使材料性能出現起伏。但是彎曲強度是呈下降趨勢的，這與界面脫粘破壞有關。界面脫粘削弱了纖維和基體之間載荷的傳遞能力，導致彎曲強度下降。彎曲性能是試樣力學性能的綜合反映。試樣在彎曲載荷作用下受拉應力、壓應力和剪應力等作用，所以該性能的降低表明濕熱老化后試樣綜合性能下降。
    復合材料在水氣作用下，由于水能使基體溶脹塑化并擴散至基體與纖維的界面，從而造成基體強度下降，界面脫粘，進一步導致層間剪切強度降低。加速濕熱老化過程中層間剪切強度直接地考察了界面性能，此性能呈明顯下降趨勢。
    φ6.5mm與φ8.5mm的混雜纖維增強環氧樹脂復合材料電纜芯相比，前者的彎曲強度、彎曲模量和拉伸強度均高于后者，耐老化性能也優于后者。如圖1所示，加速濕熱老化1750h后φ6.5mm電纜芯彎曲強度保留率為71.21%，而φ8.5mm電纜芯的保留率為65.52%。如圖2所示，加速濕熱老化1750h后φ6.5mm電纜芯剪切強度保留率為73.61%，而8.5mm電纜芯的保留率為58.81％。這兩種直徑的電纜芯成型工藝條件相同，而力學性能有較大差異。這是由于拉擠工藝中成型桿件直徑越小，纖維的排布及浸漬越容易，固化越完全，缺陷出現的幾率越小，因而細桿件的力學性能優于粗桿件。濕熱老化過程中界面結合良好且缺陷少的細桿也不容易被水侵蝕，所以φ6.5mm的電纜芯耐濕熱老化性能優于φ8.5mm的電纜芯。

    據文獻「7」報道，溫度、濕度對材料力學性能的影響較大。溫度、濕度越高，力學性能下降越大。試樣在80℃和RH95％下加速老化1750h，端面未作處理，呈開放狀態，相對于實際使用環境而言，該老化條件是相當苛刻的。即便這樣，試樣的彎曲強度保留率仍大于65%，剪切強度保留率大于58％，彎曲模量在整個老化過程中變化不大?？梢娀祀s纖維增強環氧樹脂復合材料電纜芯具有優良的環境適應性和耐濕熱老化性能。
3.2  斷面分析
    濕熱環境下混雜纖維增強環氧樹脂復合材料微觀結構可誘發變形、內應力、開裂等現象而使性能下降。水氣自纖維和樹脂的界面與基體的缺陷向內擴散，造成樹脂的溶脹，同時纖維也約束了溶脹的進一步進行。試樣中不同位置吸濕量的差異會導致內應力的產生，而且水氣使環氧樹脂柔化，對層間剪切強度影響較大。濕熱條件造成復合材料力學性能降低的原因有①水分子逐步滲透到材料體系內部降低了大分子間的作用力，水分子進一步積聚形成水泡；②水分子的滲入導致基體樹脂分子鏈斷裂，發生化學降解，分子量下降；③水分子的滲入降低了界面處樹脂與纖維的粘接強度，導致界面脫粘。
    濕熱老化前，基體與纖維的界面粘結良好。由圖3（a）可見，彎曲試驗過程中樹脂牢固地粘結在碳纖維表面，斷裂的纖維上粘有較多樹脂，表明界面結合較好，所以此時的彎曲強度高；濕熱老化后環氧樹脂在熱應力作用下界面開裂，樹脂與纖維的界面粘結性能變差，所以彎曲性能下降。水氣的滲入使樹脂溶脹，纖維表面受浸蝕，由圖3(b)可見斷裂的纖維上只粘有少量樹脂，表明界面結合較弱。

    濕熱老化前后短梁剪切劈開面形貌如圖4所示。由圖4(a)可見，濕熱老化前環氧樹脂皺褶附著纖維表面，呈韌性斷裂，纖維表面粘有很多樹脂碎屑，界面結合較好，但從圖4（b）可見，加速老化500h后纖維表面較光滑，界面粘結性能降低，彎曲強度和剪切強度也相應下降。

4  結論
    （1）從宏觀角度分析，濕熱老化后的玻纖／碳纖混雜增強環氧樹脂復合材料電纜芯層間剪切強度降低，彎曲模量幾乎不變，彎曲強度的總體趨勢是降低的；
    （2）從微觀角度分析，濕熱老化后的玻纖／碳纖混雜增強環氧樹脂復合材料電纜芯界面性能惡化，界面粘結強度下降，導致宏觀力學性能的降低；
    （3）80℃及RH95％下濕熱老化1750h后，玻纖和碳纖混雜增強環氧樹脂復合材料電纜芯的彎曲性能保留率大于65％，層間剪切強度保留率大于58%，表明該材料具有較好的耐濕熱老化性能。