由于其良好的物理、化学和可加工性能，环氧树脂被广泛应用于汽车和航空航天领域。但在潮湿的环境中，环氧树脂容易吸水老化，导致其内部分子链网络的劣化和机械性能的下降。江苏省航空动力系统重点实验室的刘璐璐等人通过FTIR，DSC，DMA和SEM等研究了湿热老化对增韧环氧树脂化学、力学性能和形貌的影响机理。
增韧环氧树脂在75℃的去离子水中湿热老化2530h后，吸水量达到饱和，此时测得的Tg为103.86℃。将样品干燥过后，Tg恢复到118.72℃，但仍然没有恢复到初始的147.48℃，这意味着环氧树脂在经过长期老化后发生了不可逆的变化，物理干燥并不能使材料性能完全恢复。根据式（1）对干燥（原始试样）、湿热老化和重干（湿热老化后的试样重新干燥）试样的储能模量和损耗模量随频率变化的结果进行拟合，拟合后的各项结果如表1所示。从结果可以看出，长期模量E∞只与湿润程度有关，与老化时间无关。对于增韧环氧树脂来说，在涉及粘弹性耦合湿热老化效应的数值模拟中，无需再对湿热老化的材料进行DMA试验来测定E∞。
表1 增韧环氧树脂干燥、湿热老化和重干的粘弹性性能
在不同工况下，干燥试样和湿热老化试样的抗压强度如图1所示。对于湿热老化试样，当压缩速率为0.1mm/min和10mm/min时，环氧树脂的强度明显下降，在1mm/min的情况下轻微下降。经历湿热老化过后抗压强度的降低可以认为是材料水解和吸水后的塑化效应共同导致的。
图1 不同加载速度下干燥环氧树脂和湿热老化环氧树脂的抗压强度
在相同拉伸速率下，不同试样的应力应变曲线如图2所示。老化后，试样的弹性模量变化不大，但断裂伸长率有着明显的下降，同时材料的非线性也有所减弱。
图2 干燥、湿热老化和重干试样的应力应变曲线
为了解增韧环氧树脂的破坏机理，对拉伸实验后的试样进行了断面观察，将断面形貌分为四个区域（图3）：初始缺陷；断面平坦光滑，裂纹扩展较快的镜像区；裂纹扩展速度减缓，表面粗糙度增大的光滑区；断面更加粗糙，裂纹扩展速度进一步放缓的粗糙区。试样应力-应变曲线的非线性实际上是由加载过程中裂纹扩展速率的改变引起的。对于老化试样，断口形貌仅包含两个区域（图4）：初始缺陷和光滑区，同时光滑区比干燥试样大得多，这意味着裂纹扩展速度更快，脆性更加显著，应力-应变曲线的非线性也更弱。
图3 环氧树脂的典型拉伸断口示意图
图4干燥、湿热老化试样的代表性断口表面SEM显微图
通过对代表性断口表面SEM显微图进行观察，能够更加直观清晰地了解增韧环氧树脂的破坏过程，从而分析其破坏机理。通过对比重新干燥后的试样与初始试样的各项实验数据，可以很好地排除含水量对材料性能的影响，准确分析老化机理，为在恶劣的湿热环境下服役的增韧环氧树脂或以增韧环氧树脂为基础的复合材料的合理使用提供指导。然而，对于PLA这类Tg更低的材料，在重新干燥的过程中是否会造成材料性能的进一步改变，还需要进行实验验证。
相关研究论文“Chemical, mechanical and morphological investigation on the hygrothermal aging mechanism of a toughened epoxy”已发表在《Polymer Testing》
