Hygrothermal degradation of short-glass-fiber reinforced polycarbonate: effect of fiber content and orientation, and modeling

材料科学 复合材料 降级(电信) 极限抗拉强度 纤维 耐久性 水解降解 模数 各向异性 现象学模型 拉伸应变 弹性模量 水分 基质(化学分析) 杨氏模量 拉伤 玻璃纤维 变形(气象学) 蠕动 含水量 化学分解 动能 可塑性 纤维类型 天然纤维
作者
Gyeong-min Park,Jeong-Moo Lee,Jung-Hwan Lee,Jung-Wook Wee
出处
期刊:npj Materials degradation [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41529-026-00774-z
摘要

Abstract This study examines the degradation behavior of PC/GF composites with varying short glass fiber (SGF) contents (10, 20, and 30 wt%) and fiber orientations (0°, 45°, and 90°) when exposed to conditions of 85 °C/85% RH. Although the elastic modulus remained largely unchanged, both tensile strength and strain at break exhibited significant deterioration as a result of moisture ingress, which promoted interfacial debonding (after 1008 h, tensile strength decreased by up to 27.7% and strain at break by up to 45.8%). To quantify chemical degradation, a hydroxyl index (HI) was derived from ATR-FTIR spectroscopy. The temporal evolution of HI followed a power-law kinetic model that was independent of fiber content, indicating that matrix hydrolysis governs the degradation rate, with HI increasing by up to 3.57×, while the bulk-average molecular weight decreased by 5.8–8.7%. Furthermore, a phenomenological model was developed linking the HI to macroscopic mechanical properties. This model accurately captured time-dependent, anisotropic degradation based on the material’s chemical state, yielding cross-validation errors under 5%. Ultimately, these findings demonstrate that non-destructive spectroscopic techniques can reliably estimate structural integrity, providing a robust framework for durability assessment and lifetime prediction in harsh environments.
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