玄武巖-碳纖維混雜三維正交織物復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、在復(fù)合材料大家族中，復(fù)合的形式多種多樣，其中最基本的為增強(qiáng)纖維與樹(shù)脂基體的復(fù)合，因此纖維復(fù)合材料是目前在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中發(fā)展的主流。纖維復(fù)合材料大多是用纖維作為增強(qiáng)體的層壓復(fù)合材料。層壓復(fù)合材料層與層之間僅靠樹(shù)脂進(jìn)行約束，由于樹(shù)脂的抗剪切強(qiáng)度較低，特別是材料在承受交變應(yīng)力時(shí)，容易造成分層失效。三維織物復(fù)合材料層與層之間有Z向紗的約束，提高了材料的穩(wěn)定性、層間性能、抗沖擊性和強(qiáng)度均勻性，克服了傳統(tǒng)層合復(fù)合材料的缺陷，是紡織復(fù)合材料發(fā)展的重要方向

2、。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)于復(fù)合材料的要求不僅僅局限于其高性能，基于循環(huán)利用的材料設(shè)計(jì)思想，玄武巖纖維脫穎而出。玄武巖纖維具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，比如耐腐蝕性、電絕緣性、熱穩(wěn)定性以及與材料良好的兼容性，而且性價(jià)比十分優(yōu)越，完全可以滿足對(duì)復(fù)合材料增強(qiáng)體的性能要求。因此玄武巖纖維的應(yīng)用日益增加，在一些工程領(lǐng)域內(nèi)逐漸代替玻璃纖維、芳綸等增強(qiáng)纖維。碳纖維具有眾多優(yōu)良的性能，但某些方面也存在性能缺陷，例

3、如抗沖擊性差，斷裂伸長(zhǎng)率小，抗剪切模量低，這些缺陷限制了它的應(yīng)用范圍。如果將兩種纖維進(jìn)行混雜，則可以綜合利用兩種纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)取長(zhǎng)補(bǔ)短獲得綜合性能良好的混雜復(fù)合材料。
　　通過(guò)對(duì)玄武巖纖維/碳纖維混雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了以玄武巖纖維和碳纖維作為原材料，以三維正交組織為為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了5種不同纖維混雜比的混雜織物。然后對(duì)織造的混雜織物的基本規(guī)格和拉伸性能進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果表明，當(dāng)玄武巖/碳纖維混

4、雜比為25％時(shí)，混雜織物的拉伸性能更為優(yōu)越。
　　對(duì)混雜復(fù)合材料真空輔助成型(VARTM)工藝進(jìn)行了研究。VARTM工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料性能有著重要影響，合理選擇工藝參數(shù)和樹(shù)脂分配系統(tǒng)，可以減少零件的微缺陷，從而大大提高復(fù)合材料的性能。在玄武巖/碳纖維混雜三維正交織物復(fù)合材料的制備過(guò)程中，研究了真空度、充模溫度、充模時(shí)間對(duì)復(fù)合材料層間剪切性能的影響。最終確定VARTM工藝中采用的真空度為-0.1MPa，充模溫度為30℃，充模時(shí)間為8