紫外老化对玻璃纤维复合材料压缩性能的影响规律
不同树脂基体、不同纤维取向的玻璃纤维复合材料对紫外辐射的敏感性存在显著差异。紫外老化导致的压缩性能退化主要发生在树脂基体及其与纤维的界面，而非玻璃纤维本身。与拉伸和弯曲性能相比，压缩性能对基体质量和界面结合状态更为敏感，但其紫外老化退化数据的公开发表数量相对较少，需综合多项研究进行总结。
一、降解机理
玻璃纤维增强树脂基复合材料在工程服役中不可避免地会受到光、温度、氧和降雨等多种介质的腐蚀和老化作用，制品表面失去光泽，树脂发生降解，从而导致GFRP宏观力学性能的退化。紫外线照射对树脂材料的老化作用是一个逐步深入的过程，并沿着材料的厚度方向进行。在紫外线照射下，树脂基体结构上的不均一性导致化学反应局部集中进行，造成超分子结构和取向的变化。光作用加速了树脂基体自由基产生的光氧化效应，导致分子长链的断裂，造成了材料表面的粉化和纤维剥离等老化现象的发生。
紫外辐射主要通过以下途径影响压缩性能：一是表面树脂的光氧降解和分子链断裂，削弱基体对纤维的侧向支撑作用；二是纤维-基体界面因光氧化而弱化，压缩载荷下易发生界面脱粘；三是紫外诱导的后固化反应改变基体交联密度，进而影响基体的模量和抗压缩变形能力。当压缩载荷垂直于纤维方向时，性能主要由基体提供，紫外老化的影响更为显著。
二、不同树脂基体体系的退化规律
（1）环氧树脂基体系
环氧基GFRP是航空航天和高端复合材料领域应用最广泛的体系，但其紫外老化敏感性较高。一项将GFRP暴露于紫外辐射中长达180天的研究显示，拉伸性能在90天暴露时观察到18.7%的下降。对于压缩性能的研究，环氧基体GFRP的退化趋势虽不如此明确，但对其体系的研究表明，压缩性能的保持率通常介于拉伸和弯曲性能之间。研究表明，紫外老化前期树脂基体发生后固化反应，导致材料性能有所提升，但随着老化时间的延长，树脂基体发生光氧老化降解，致使树脂分子链断裂，导致力学性能和玻璃化转变温度下降。
（2）聚醚砜/环氧混杂基体体系
PES/环氧混杂树脂基体因其兼具耐热性和韧性而受到关注。该体系的玻璃纤维增强复合材料在紫外加速老化28天后，压缩强度保持率为82.5%，拉伸强度保持率为83.9%，弯曲强度保持率为78.9%，冲击强度保持率为72.0%。压缩强度保持率在各力学性能中处于中间水平（高于弯曲和冲击，略低于拉伸），反映出压缩性能对基体质量和界面质量的敏感性相对较高。在湿热老化28天后，该体系的压缩强度保持率为72.7%，远低于紫外老化后的82.5%，表明水分对压缩性能的协同影响较紫外辐射更为显著。
（3）溴化环氧乙烯基酯体系
玻璃纤维增强溴化环氧乙烯基酯树脂复合材料（GFRC）的加速光老化研究表明，加速光老化之后GFRC的力学性能变化不大，有较好的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度保留率。加速光老化过程中GFRC表面的树脂发生较明显的变化，出现了颜色变深、树脂脱落等老化现象；由于玻璃纤维的存在阻止了GFRC内部树脂基体的进一步老化。这一现象说明，紫外老化的损伤主要局限于材料表层，玻璃纤维在老化中起到了物理屏障作用，可有效阻止光氧化向内部纵深发展，从而维持了压缩性能的稳定。
（4）不饱和聚酯与乙烯基酯对比体系
E玻璃纤维增强拉挤型材经自然老化42个月（3.5年）和QUV加速老化3000小时后的对比研究表明，聚酯基GFRP和乙烯基酯基GFRP的力学性能和粘弹性能均呈现轻微变化，说明紫外辐射主要影响型材的最外层。总体而言，聚酯基GFRP在力学性能和外观性能方面均表现出比乙烯基酯基更差的耐久性。自然老化与QUV加速老化在颜色和光泽度变化上具有较好的相关性，力学性能变化趋势也相当。
（5）聚丙烯热塑性基体体系
聚丙烯基体在紫外线作用下易发生光氧化降解，对高温和紫外线非常敏感，暴露在紫外辐射中会发生严重的光氧化过程，严重影响复合材料的服役寿命。对于玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，玻璃纤维的高含量会导致表面降解，从而严重影响力学性能。光氧化过程随辐照时间增长而加剧，伴随羰基和羟基吸收峰的出现。研究表明，未添加抗紫外剂和抗紫外膜的聚丙烯基样条在2000小时UV老化后力学性能显著下降，而添加了抗紫外剂并覆上抗紫外膜的样条在同样的老化时间后力学性能仅下降4%，协同防护显著抑制了分子链断裂。关于GFPP基体紫外老化后的压缩性能研究有限，但从其基体的光氧化敏感性和界面脆化趋势判断，压缩性能的退化幅度可能接近甚至超过拉伸性能（19%），特别是对于纤维沿横向排列的试样，因压缩性能高度依赖基体承载，其退化将更为明显。
三、不同树脂体系的退化对比
| 树脂基体类型 | 紫外老化时间 | 压缩强度保持率 | 关键特征 |
|---|---|---|---|
| PES/环氧混杂 | 28天 | 82.5% | 压缩性能居各力学性能中间水平，湿热老化下保持率降至72.7% |
| 溴化环氧乙烯基酯 | 加速光老化 | 变化不大 | 表面老化明显，玻璃纤维阻止内部基体进一步老化 |
| 不饱和聚酯 | 3000h QUV | 力学性能轻微变化 | 耐久性逊于乙烯基酯，紫外辐射主要影响最外层 |
| 乙烯基酯 | 3000h QUV | 力学性能轻微变化 | 优于聚酯体系，GF物理屏障作用明显 |
| 高性能拉挤GFRP | 湿热+紫外耦合 | 下降≤10% | 优化固化工艺、提高纤维体积分数、增强界面后实现优异耐久性 |
| 环氧树脂 | 30天 | 先升后降 | 存在后固化反应和光氧化降解竞争机制 |
值得注意的是，GFRP紫外老化后压缩性能的退化幅度通常被认为小于同条件下弯曲和层间剪切性能的退化，因为压缩性能中纤维的直接承载占比较高。高性能拉挤GFRP复合材料在湿热老化与太阳辐射耦合加速老化后，其拉伸、压缩和剪切性能仅下降不超过10%，该优异耐久性归因于优化树脂固化工艺、提高纤维体积分数以及增强纤维-基体界面等措施。
