紫外老化对碳纤维复合材料压缩性能的影响规律
与拉伸性能相比，碳纤维复合材料的压缩性能对紫外老化更为敏感，这是因为压缩承载能力高度依赖于树脂基体的模量和纤维-基体界面的结合质量，而这两者恰好是紫外老化作用的主要对象。
一、退化机理
紫外辐射对碳纤维复合材料的影响主要基于光氧降解机制。紫外线中的高能量光子被树脂基体中的化学键吸收后，当能量超过键能时，会发生分子链断裂，同时在氧气存在下进一步发生光氧化反应-23。碳纤维复合材料热氧和光氧老化的主要机制是自由基反应机制，包括链引发、链增长和链终止阶段-32。CFRP热氧和光氧老化的主要机制是自由基反应机制，包括链引发、链增长和链终止阶段-。CFRP热氧和光氧老化的主要机制是自由基反应机制-32-。
紫外老化使部分表面树脂的大分子链断裂，导致小分子损失和质量损失-23。紫外老化使得树脂基体发生降解，纤维-基体界面强度下降，从而降低了复合材料的层间力学性能，使复合材料的整体机械性能降低-。碳纤维受紫外辐射影响较小，性能退化的主要贡献来自树脂基体和界面-23。
使用纳米压痕对CFRP试样进行微观力学性能表征后发现，紫外老化对基体产生脆化效应，其硬度/模量值反而高于初始值-23。这一发现表明，老化过程中同时存在两种竞争机制——一是分子链交联引起基体脆化和模量升高，二是分子链断裂引起基体塑性下降，两种机制共同决定了材料宏观力学性能的变化方向。
西北工业大学的一项研究表明，紫外和盐雾协同环境下CFRP表现出明显的协同老化效应。紫外辐射和水凝结引起的基体塑化和表面冲刷会加剧氯离子的侵蚀作用，导致纤维-基体界面和层间结合显著劣化。老化后，材料的变形抗力降低，分子链运动加剧，树脂基体交联密度下降，玻璃化转变温度最大降幅达到32.36%-46。值得注意的是，层间剪切性能的退化比拉伸性能更为严重，而压缩性能受基体质量和界面结合状态的影响程度介于两者之间-46。
二、环氧树脂基体系的压缩性能退化
碳纤维/环氧复合材料是航空领域应用最广泛的体系，但其紫外老化敏感性也较高。
南京工业大学的研究团队采用人工加速紫外老化试验，对T700碳纤维/双酚A型环氧树脂单向层压板进行了80天紫外辐照暴露，参考ASTM D6641标准测定了压缩性能的退化规律-32。研究表明，紫外老化使表面树脂的部分大分子链断裂，导致小分子损失和质量损失-23。UV aging caused some of the macromolecular chains on the surface resin to break, resulting in the loss of small molecules and loss of mass-23。
经80天紫外辐照暴露后，CFRP在纵向方向上的宏观力学性能出现显著下降，其中纵向压缩强度下降幅度最大，达23%；而横向力学性能在老化后期也呈现下降趋势-23。经80天紫外辐照暴露后，CFRP在纵向方向上的宏观力学性能出现显著下降，其中纵向压缩强度下降幅度最大，达23%-22-23。这一下降幅度高于拉伸强度的退化幅度，表明压缩性能对紫外老化更为敏感。
碳纤维复合材料的结构承载能力受纤维与树脂之间粘结程度的影响，树脂与纤维之间的粘结力是影响承载能力的重要因素-32。三轴碳纤维/环氧层合板的压缩强度和压缩模量均受到紫外辐射的影响，且热循环对压缩模量的影响大于对压缩强度的影响-17。
利用SEM对表面和断口进行微观观察发现，紫外老化程度随辐照温度升高和老化时间延长而加剧。随着老化进行，表面树脂出现降解、裸露纤维现象增多，断口处的纤维拔出和界面脱粘更加明显，试样在压缩载荷下往往发生分层失效而非纤维微屈曲失效。
三、双马来酰亚胺树脂基体系的表现
与环氧体系相比，双马来酰亚胺树脂基碳纤维复合材料在紫外老化环境中表现出更好的稳定性。研究指出，BMI基体系具有更优异的抗辐照性和抗紫外老化能力，在航天器外表面等长期暴露于紫外辐射的应用场景中具有优势。然而，在冲击能量高于40J时，两种复合材料层合板在6.7J/mm冲击能量下的压缩后冲击强度差异较大，环氧树脂基复合材料损伤容限性能在凹坑深度小于2mm时高于双马树脂基复合材料，大于2mm时两者性能相当-。
四、热塑性树脂基体系的差异
三种典型碳纤维增强热塑性复合材料（CF/PPS、CF/PEI、CF/PEEK）在紫外和冷凝协同老化28天后的表现差异显著：
CF/PPS以交联反应为主，导致材料脆性增加、结晶度下降，但拉伸强度反而有所升高-。CF/PEI和CF/PEEK则以分子链断裂为主，导致Tg下降（PEI）、结晶度升高（PEEK），拉伸性能显著退化-。CF/PPS predominantly cross-linked, which resulted in increased brittleness, reduced crystallinity and increased in tensile strength after 28 days-。CF/PEI and CF/PEEK underwent primarily chain scission, leading to decreased Tg (PEI), increased crystallinity (PEEK), and reduced tensile strength-。这一差异对压缩性能的影响同样值得关注——交联主导型基体在压缩载荷下更容易发生脆性断裂，而分子链断裂主导型基体则表现为刚度下降和失稳破坏提前。
对于3D打印连续纤维增强热塑性复合材料，紫外老化后的残留性能研究揭示出纤维类型的影响：GFRP的动态耐久性有所增强（强度保留率最高达147%），CFRP次之（可达142%），AFRP在1440小时暴露后强度略有提升（103%），但2160小时后下降至94%-9。
五、多因素耦合效应
紫外老化的影响通常不是孤立发生的。在模拟极地环境的湿热、冻融、低温和紫外多因素协同老化条件下，纤维主导的冲击强度保持较好，而基体相关的弯曲强度和层间剪切强度下降幅度最大（可达45%），失效的根本原因在于界面变化。紫外辐射会生成缺陷，促进水分进入材料内部，从而加速整体老化进程。
在紫外和盐雾协同老化环境中，CFRP暴露后表现出明显的协同老化效应。紫外辐射和水凝结引起的基体塑化和颗粒冲刷会加剧氯离子的侵蚀作用，导致纤维-基体界面和层间结合显著恶化-46。
热循环与紫外辐射的耦合效应同样值得关注。研究表明，热循环对三轴CFRP层合板的压缩模量的影响大于对压缩强度的影响，而紫外辐射对压缩强度和压缩模量均有显著影响-17。此外，热循环环境下预加载试样的退化更为严重，说明机械载荷与环境因素的耦合会加速性能退化-17。
