UHMWPE緯編針織復合材料的力學性能研究.pdf

1、使用紡織結構作為增強體的復合材料稱為紡織復合材料，由于其成本低、質量輕等，現(xiàn)已廣泛應用于安全防護等眾多領域。緯編針織物作為紡織復合材料增強體的一種，賦予了復合材料很多優(yōu)點:如成型性、懸垂性和延伸性較好，具有優(yōu)良的抗沖擊性能和能量吸收性能等;UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纖維是繼碳纖維、芳綸纖維后的第三代高強高模纖維，以其杰出的耐磨性、優(yōu)異的抗沖擊性和較低的摩擦系數(shù)而備受人們親睞，是高性能復合材料優(yōu)選的增強纖維。本課題對UHMWPE纖維

2、緯平針織復合材料的力學性能進行了研究，并采用有限元的方法模擬其沖擊性能，希望能為安全防護材料的進一步探討提供一定的實驗數(shù)據(jù)與理論參考。
　　本課題采用UHMWPE復合長絲為實驗原料，以緯平針組織織物作為增強體，首先研究了UHMWPE纖維在針織機上的織造工藝，編織出符合試驗要求的緯平針織物。選取目前較先進的復合材料制備工藝VARTM（真空輔助樹脂傳遞模塑成型技術）以及符合此工藝要求的低粘度、浸潤性良好的環(huán)氧樹脂為基體，采用垂直鋪層方

3、式成功制備出三種不同層數(shù)（即4、6、8層）的緯平針結構復合材料。
　　其次，對不同層數(shù)的緯平針織復合材料進行力學性能測試，通過應力-應變曲線分析，結果表明:總體力學性能上，4層復合材料的承受能力最差，6層的次之，8層的最好，說明復合材料的層數(shù)對復合材料的力學性能影響較大。接著從試樣的損傷情況以及掃描電鏡微觀圖觀察發(fā)現(xiàn):復合材料均有不同程度的損傷，纖維有斷裂且出現(xiàn)少量抽拔，有輕微的分層現(xiàn)象。還對復合材料進行了相同層數(shù)不同能量的沖擊以

4、及不同層數(shù)相同能量的沖擊研究，發(fā)現(xiàn)相同層數(shù)下，隨著沖擊能量的增大試樣破壞情況越嚴重;相同能量下，隨著層數(shù)的增加，試樣能夠承受的沖擊力也增大，即8層復合材料的力學性能最好。
　　最后采用先進的有限元模擬技術、ANSYS Workbench軟件對4層緯平針織復合材料進行低速沖擊模擬，對模擬結果進行分析，與實驗中的現(xiàn)象做比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象較吻合，有的損傷肉眼可以直接看到，然而有的損傷實際存在卻不被發(fā)現(xiàn)，因此對復合材料的沖擊進行模擬十分有必要