三维织物间隔复合材料的力学性能

三维织物间隔复合材料是一种由垂向机织物连接两个平行织物平面的三维机织间隔复合材料,具有整体性好、可设计性强等特点。以玻璃纤维、碳纤维为原料,对三维间隔织物的结构进行设计,制备三维织物间隔复合材料,研究材料在平压和三点弯曲载荷作用下的力学特性,并分析纤维种类、夹芯层间距等结构参数对材料压缩、弯曲性能的影响。结果表明:随着夹芯层间距的增加,材料的压缩强度逐渐降低;材料的弯曲强度也逐渐降低,且纬向弯曲强度大于经向;采用碳纤维与玻璃纤维分别作为纬纱进行织造,前者制备的复合材料的压缩和弯曲强度均高于后者。

三维机织间隔复合材料结构对其力学性能的影响

以玻璃纤维为原料,设计3种不同结构的三维机织间隔织物,采用手糊成型工艺制备三维机织间隔复合材料,研究了其在压缩、剪切、弯曲等载荷作用下的力学特性,并分析了材料结构对其力学性能的影响。结果表明,相同高度(20 mm)、相同间隔(30 mm)的3种三维机织间隔复合材料的压缩强度和剪切强度均表现为:三维纤维间隔复合材料<"X"型间隔复合材料<三维织物间隔复合材料,其压缩强度分别为0.52,0.72,1.66 MPa,剪切强度分别为0.22,0.28,0.36 MPa;3种三维机织间隔复合材料的弯曲强度基本相同,均为4.30 MPa左右。

锯齿形三维机织间隔复合材料的弯曲性能

为解决层合间隔复合材料易开裂和整体性差的问题,采用绿色环保的玄武岩低捻长丝作为经、纬纱,合理设计经向截面图和组织图,并在普通织机上织造3种不同间隔高度的锯齿形三维机织间隔织物。以所织得的锯齿形三维机织间隔织物作为增强材料,环氧乙烯基树脂作为基体,利用真空辅助成型工艺,制备锯齿形三维机织间隔复合材料,同时对三维机织间隔复合材料进行三点弯曲性能测试,得到弯曲载荷-位移曲线、能量吸收图和破坏模式。结果表明:复合材料的纬向是主要承力方向;组织循环个数越多的材料表现出更好的弯曲性能;在一定间隔高度范围内,间隔高度越高的锯齿形三维机织间隔织物承受的弯曲载荷和吸收的能量也越高;锯齿形三维机织间隔复合材料的破坏模式是材料上表层受压,下表层受拉,而连接层受压;在作用力下材料只是出现明显的变形,但并未出现材料整体的破坏。

玻纤/环氧树脂基间隔复合材料平压性能的数值模拟

在前期研究的基础上,利用有限元软件ANSYS,建立玻纤/环氧树脂基间隔复合材料的细观结构模型。利用该模型研究材料在平压载荷下的应力、应变分布和破坏模式。结果表明:从宏观角度来看,在平压载荷作用下,芯材应力、应变值最大,最容易发生失稳破坏,且断口形貌为平行直线;上下面板应力、应变值最小,最不容易被破坏。从细观角度来看,芯材的接结经纱是承载主体,树脂起次要作用;在0.5 mm平压位移载荷作用下,材料的破坏模式主要是芯材的树脂破碎、树脂与纤维严重脱粘。

三维间隔复合材料面内压缩性能的数值模拟

利用有限元软件Workbench,建立了三维间隔复合材料的细观模型;对材料施加1.5mm的面内压缩位移载荷,研究材料的破坏模式及应力、应变分布规律。结果表明:从宏观角度观察,材料上下面板应力较大,容易发生破坏;芯材应力较小,不易发生破坏。从细观角度观察,上下面板的经纱、纬纱、接结经纱的应力较大,是承载主体;树脂的应力较小,起次要作用。上下面板的纬纱平均应力最大,且分布具有随机性。材料的破坏模式主要是上下面板树脂破碎、树脂与纤维严重脱粘等。

玄武岩纤维3D机织间隔复合材料弯曲性能

为解决普通层合间隔复合材料抗冲击损伤差、层间强度低、易剥离或开裂、整体性差等问题,采用383 tex玄武岩长丝纱为经纬纱,在普通织机上经合理设计低成本织造3D机织间隔织物。通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备3D机织间隔复合材料,并对其性能进行测试。结果表明,相同高度、不同横截面形状的3D机织间隔复合材料,矩形截面比锯齿形截面的3D机织间隔复合材料有更好的抗弯曲性能。在同一作用力下,组织循环个数越多,3D机织间隔复合材料的支撑结构越多,材料的最大弯曲载荷越大,即抗弯曲性能也越强。相同截面形状、不同间隔高度的3D机织间隔复合材料,间隔高度越高的具有更大的弯曲载荷和吸收能量。两种横截面的材料破坏模式都是材料上表层压缩破坏,下表层拉伸破坏,而连接层压缩破坏。

三维机织双层间隔复合材料的压缩性能

为了增强三维机织间隔复合材料的压缩强度及提高其压缩能量吸收能力,受多层夹芯结构的设计理念启发,本论文设计并制备了柱纱高度为(6+6)mm及(4+8)mm的三维机织双层间隔复合材料。通过与柱纱高度为12 mm的单层间隔复合材料进行对比,研究了复合材料的平压、侧压性能及其破坏模式。结果表明,两种双层间隔复合材料的平压强度、侧压强度及能量吸收值相较于单层间隔复合材料都显著提高,其中柱纱高度为(6+6)mm的双层间隔复合材料的平压强度(11.5 MPa)提高了57.5%,平压比吸能值(6983.7 J/kg)提高了152.4%;此外,双层间隔复合材料的平压破坏模式为柱纱的逐层断裂,侧压破坏模式为面板裂纹扩展,表现出更大的吸能特性。双层间隔结构设计不仅显著增强了间隔复合材料的平压和侧压性能,而且改善了其破坏模式,提高了其在实际应用中的安全性,并为较高柱纱高度以及多层间隔复合材料的结构设计提供了新的思路。

环氧泡沫填充间隔织物复合材料的弯曲性能

为了获得一种轻质、高强且整体性良好的泡沫夹芯复合材料,并探究泡沫填充对中空复合材料弯曲性能的影响,将环氧泡沫填充至玻璃纤维间隔织物/环氧树脂复合材料中制备出一种泡沫夹芯复合材料,并对泡沫填充前后的复合材料的弯曲性能进行了测试。实验结果显示,泡沫夹芯复合材料的弯曲刚度可达14.92×10^(6)N·mm^(2),其经向抗弯刚度提高了66.93%,纬向提高了106.08%。由此可知,环氧泡沫的存在可以明显地提高材料的抗弯性能。为揭示环氧泡沫在复合材料弯曲性能中的作用机理,结合显微镜图对泡沫填充前后复合材料的弯曲破坏模式进行了分析。结果表明,环氧泡沫在夹芯复合材料中不仅能起到传递载荷的作用,还能与柱纱发挥协同支撑作用,并能通过变形和破裂来吸收载荷和能量,致使复合材料抗弯性能显著提高。

三维间隔织物复合材料弯曲性能研究

将树脂基体与三维间隔织物进行复合制成三维间隔织物复合材料。利用Instron 5969H型万能材料试验机对不同间隔高度的三维间隔织物复合材料进行弯曲性能测试,重点分析间隔高度与其弯曲性能的相关性。结果表明:三维间隔织物复合材料的弯曲性能与间隔高度呈负相关;三维间隔织物复合材料的纬向弯曲性能明显好于经向。

三维间隔织物复合材料的制备及拉伸性能研究

介绍三维间隔织物复合材料的制备方法,并采用Instron 5969型万能材料试验机对三维间隔织物复合材料的拉伸性能进行测试,重点分析间隔高度、经纬向等结构参数对三维间隔织物复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维间隔织物复合材料拉伸性能随间隔高度的增加而下降;纬向拉伸性能优于经向。

纬编间隔结构复合材料预制件的开发研究(一)

本文针对纺织复合材料预制件的四条设计准则———可成型性、渗透性、性能和成本 。

CNTs添加量对航空航天用EP/CFDSF复合材料性能的影响

研究了在环氧树脂(EP)中同时加入碳纤维双层间隔织物(CFDSF)与碳纳米管(CNTs)来提高EP强度的相关作用机理,探讨CNTs对EP/CFDSF/CNTs电学特性的影响。研究结果表明,随着CNTs含量的不断增加,试样的弯曲强度与冲击强度均发生了先增大后降低的现象,EP/CFDSF复合材料的力学性能明显高于EP材料。当CNTs的添加量为2. 5份时,EP/CFDSF试样的冲击强度和弯曲强度测试值达到最高,依次为18. 1 k J/m^2和146. 5 MPa,比纯EP材料的强度显著提高。不含CNTs时复合材料断面具有平整的微观形貌;添加了2. 5份CNTs的试样断面区域表现为明显的凹凸变化特点。随着CNTs添加量的增加,试样的电阻率明显下降,2. 5份CNTs的两种试样体积电阻率分别为19. 6Ω·cm和14. 8Ω·cm。