高性能纖維混雜方式與混雜復(fù)合材料性能關(guān)系的研究.pdf

1、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是材料設(shè)計(jì)與研究多元化發(fā)展的產(chǎn)物。由于其具有單一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不具備的優(yōu)異特性而引起了人們的廣泛關(guān)注，開(kāi)展這方面的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)低成本復(fù)合材料和提高復(fù)合材料的性能具有重要的意義。 本文通過(guò)改變混雜方式設(shè)計(jì)了14種不同的混雜線型，在改進(jìn)的普通劍桿織機(jī)上成功試織了22塊3D紡織結(jié)構(gòu)預(yù)制件，并采用真空輔助成型工藝制成混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材。對(duì)混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材的樹(shù)脂滲透性、拉伸性能及抗沖擊性能進(jìn)行測(cè)試與分析

2、。主要工作及所獲得的結(jié)論如下： (1)設(shè)計(jì)3種混雜方式：包覆紗芯紗中滌綸纖維和玻璃纖維混雜比的設(shè)計(jì)：3D機(jī)織結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗，緯紗和垂紗不同原料交織混雜的設(shè)計(jì)；包覆紗外包滌綸的纏繞方式(單向纏繞和交叉纏繞)的設(shè)計(jì)。 (2)給出空芯結(jié)構(gòu)和普通3D結(jié)構(gòu)中不同組分纖維混雜時(shí)混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法。 (3)采用真空輔助成型工藝制成了22塊混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材。通過(guò)改變樹(shù)脂導(dǎo)入管和導(dǎo)出管的位置，大大改善了

3、板材的表面枯燥，不平整現(xiàn)象。對(duì)灌注時(shí)樹(shù)脂滲情況進(jìn)行研究，得出樹(shù)脂膠液的滲透是與真空環(huán)境密切相關(guān)的，滌綸含量的多少和預(yù)制件的結(jié)構(gòu)對(duì)樹(shù)脂滲透性能影響不是很大。 (4)通過(guò)對(duì)紗線包覆原理的分析，首次提出了兩步包纏混合纖維的纏繞方式，即紗線的交叉包纏。通過(guò)掃描電鏡對(duì)織造過(guò)程中的紗樣分析表明：交叉包纏可以有效保護(hù)芯線的磨損，防止外包紗圈的滑脫，改善了織造過(guò)程中紗線的耐磨性和復(fù)合材料板材的抗沖擊性。 (5)對(duì)混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抗

4、沖擊性能的研究發(fā)現(xiàn)：在其他參數(shù)相近的前提下，玻璃纖維中加入滌綸進(jìn)行合理混雜，可以提高混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的能量吸收性能，產(chǎn)生正的混雜效應(yīng)；在3D垂向角連鎖結(jié)構(gòu)中用碳纖維分別作為經(jīng)紗、緯紗和垂紗可以提高單一玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抗沖擊性能，該結(jié)構(gòu)中緯紗為碳纖維的板材抗沖擊性能最好；與經(jīng)紗為碳纖維的復(fù)合材料板材相比，垂紗為碳纖維的抗沖擊性能要稍高，可見(jiàn)垂紗為碳纖維時(shí)產(chǎn)生的混雜效應(yīng)要比經(jīng)紗為碳纖維時(shí)明顯；外包滌綸的交叉包纏可以提高單向包纏時(shí)復(fù)

5、合材料的抗沖擊性。 (6)對(duì)混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材拉伸性能的研究表明：當(dāng)滌綸含量在23.529％-72.368％范圍內(nèi)變化時(shí)，混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率均高于單一玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率，表現(xiàn)出了明顯的混雜效應(yīng)；試樣的抗拉強(qiáng)度與包覆紗中滌綸的百分含量呈二次方的關(guān)系，在滌綸含量60.682％時(shí)抗拉強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)低谷，此時(shí)復(fù)合材料發(fā)生兩次斷裂，這在一個(gè)承力結(jié)構(gòu)中一般是不能允許的。實(shí)際生產(chǎn)中，我們應(yīng)從生產(chǎn)成本和材料最終用途