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碳纳米纸是依靠碳纳米管之间的范德华力相互搭接而形成的三维网络结构薄膜,是典型的介孔材料,与高性能树脂基体具有优异的浸润特性,可与复合材料实现一体成型,制备成具有隐身、阻燃、自感知等多功能性的结构复合材料。复合材料的应用环境对于材料本身的性能寿命等有着极大的影响,其中湿热环境对性能寿命影响最为显著;另外复合材料因其复杂的成型工艺以及复杂恶劣的服役条件,常常容易造成结构件变形及损伤。本文对碳纳米纸复合材料湿热老化行为,基于碳纳米纸传感器在线监测复合材料固化过程、变形行为以及典型结构件服役行为等方面进行了系统研究。提出了碳纳米纸复合材料的制备工艺方法,即先通过真空抽滤法制备碳纳米纸,然后采用模压成型工艺制成复合材料层合板,分别制备了无碳纳米纸、单面碳纳米纸与双面碳纳米纸复合材料层合板。采用碳纳米纸传感器对复合材料固化行为进行实时监测研究,获取了树脂固化的粘度最低温度和凝胶温度等物性参数变化信息,解析了树脂固化行为与碳纳米纸传感器电阻等的关系,为优化复合材料固化工艺提供技术支撑,同时证明了碳纳米纸在复合材料固化行为监测上具有较高的稳定性和极高的应用前景。提出了在复合材料表面铺覆碳纳米纸提高复合材料耐湿热性能的方法,利用加速老化方法对无碳纳米纸、单面碳纳米纸与双面碳纳米纸复合材料的吸湿行为进行研究,建立了数学模型描述复合材料吸湿规律,解析了湿热时间与吸湿率对复合材料层间剪切强度(ILSS)、弯曲强度以及玻璃化转变温度(Tg)的影响规律,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了复合材料断口微观形貌特征。研究结果表明,三种复合材料吸湿率变化不明显,且在湿热初期均符合Fick第二定律;表面铺覆碳纳米纸的复合材料的饱和吸湿率、吸湿速率分别降低7.6%和8.5%,吸湿饱和后与未外贴碳纳米纸复合材料相比,表面铺覆碳纳米纸复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和玻璃化转变温度分别提高9.5%,7.3%和9.2%,对于复合材料湿热性能的改善非常明显。制备了在不同位置嵌入碳纳米纸传感器的复合材料,并进行拉伸和弯曲的加载、卸载测试;揭示了碳纳米纸电阻变化率在复合材料拉伸和弯曲过程中随时间的变化规律,拟合得到了碳纳米纸传感器的应变传感系数,阐明了复合材料在变形时的协同性。复合材料拉伸和弯曲试验表明:碳纳米纸传感器的电阻变化与复合材料中树脂基体的相态相关,碳纳米纸传感器对不同界面层的不同变形形式及变形程度实现了有效的监测,在实时监测复合材料变形领域具有独特的技术优势。通过将研发的碳纳米纸传感器同典型复合材料结构件一体化制备,完成了对结构件的冲击、疲劳等多模式静/动态力学试验及监测。不同冲击能量作用下,碳纳米纸传感器具有良好的响应特性,解析了复合材料结构损伤演化对碳纳米纸传感器微观结构及电阻变化影响机制,可定性分析当瓶体受到冲击时碳纳米纸传感器对于损伤定位和评测的可靠性。复合材料压力容器的加压循环试验表明:碳纳米纸传感器在不同加压频率、不同加压压力作用下,都具有优异的线性及跟随能力。复合材料设计寿命为3000次,压力容器3000次循环加压-卸压试验表明:碳纳米纸传感器在全寿命阶段均具有稳定的压力监测能力。