单丝定向铺放机针刺伤对复合材料力学性能的影响

为研究单丝定向铺放机针刺伤对复合材料板材力学性能的影响,本文以碳纤维和环氧树脂为增强材料和基体树脂,根据实际生产中出现的机针刺伤从低到高逐渐变化,设计制备了五种不同机针刺伤等级的预制体,并利用真空辅助模塑成型工艺(VARI)制备复合材料板材。通过测试材料截面C扫图,以及拉伸和压缩性能,结合断裂截面SEM图,分析机针刺伤对复合材料板材力学性能的影响机理。结果表明:当针距为10 mm单次缝合时,刺伤程度最小,材料拉伸断裂时纤维抽拔较多,材料拉伸强度和压缩强度最低。当针距由10 mm减小至8 mm时,缝合针数增加,刺伤程度增加,拉伸断裂时纤维抽拔减少,拉伸强度提升约30%,拉伸模量提升10%;压缩断裂截面基体破损减少,压缩强度提升了20%,压缩模量提升25%;当针距减小至4 mm时,复合材料的拉伸性能和压缩性能变化很小;当针距不变,缝合次数增加1倍时,复合材料的拉伸强度及拉伸模量变化均低于5%,压缩强度基本不变,压缩模量下降5.7%。在保证材料尺寸稳定及机针刺伤对预制体力学性能的前提下,选择8 mm针距有助于提高生产效率。