短切碳纤维增强复合材料在湿热环境中的性能退化是一个复杂的物理化学过程，直接影响材料的使用寿命和可靠性。湿热联合作用会引发一系列老化机制，包括基体塑化、界面退化、纤维腐蚀等，这些机制相互耦合，加速材料性能的下降。
水分在短切碳纤维复合材料中的扩散过程遵循非菲克扩散规律。初始阶段，水分主要通过基体中的自由体积和微缺陷快速扩散，这一阶段的吸水量与时间的平方根成正比。当水分到达纤维-基体界面时，扩散速度发生变化，界面区域成为水分积聚的主要场所。实验数据显示，在70℃/85%RH条件下，环氧基短切碳纤维复合材料的饱和吸水率可达1.2-1.8%，其中约60%的水分积聚在界面相。
湿热老化对界面性能的影响最为显著。水分在界面区域的积聚会削弱范德华力，促进应力腐蚀开裂。通过原子力显微镜观察发现，在老化1000小时后，界面粘结强度下降40-50%。水分还会与纤维表面处理剂发生水解反应，进一步降低界面结合力。这种界面退化直接导致材料的层间剪切强度下降，在严重情况下可降低60%以上。
短切碳纤维本身的耐湿热性能相对较好，但在长期湿热环境下仍可能发生表面氧化。X射线光电子能谱分析表明，老化2000小时后，纤维表面的氧碳比从0.15增加到0.35，表面活性基团数量显著增加。虽然这种变化可能改善纤维与某些基体的润湿性，但也会引入新的缺陷，降低纤维的本体强度。
针对湿热老化问题，已经开发出多种有效的防护策略。在材料设计层面，选择低吸水率树脂基体是最直接的解决方案。新型疏水性环氧树脂的饱和吸水率可以控制在0.5%以下。界面优化方面，使用耐水解偶联剂和构建物理屏障层可以显著提高界面的耐湿热性能。测试表明，经过优化设计的界面体系在老化2000小时后，强度保留率可达85%以上。
表面涂层技术为短切碳纤维复合材料提供了额外的防护。聚氨酯涂层、陶瓷涂层等可以有效阻隔水分渗透，同时提供机械保护。最新发展的自修复涂层技术可以在微裂纹出现时自动释放修复剂，延长涂层的防护寿命。在实际应用中，综合运用材料改性、界面优化和表面防护的策略，可以将短切碳纤维复合材料在湿热环境下的使用寿命延长3-5倍。
