典型損傷對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料不但具有高比強(qiáng)度和高比模量等優(yōu)良的力學(xué)性能，還具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，這種結(jié)構(gòu)和功能一體化的特點(diǎn)使碳纖維復(fù)合材料在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。大型風(fēng)電葉片或飛機(jī)機(jī)翼常采用碳纖維復(fù)合材料鋪層用于電熱防冰或除冰，具有加熱功能與結(jié)構(gòu)一體化、升溫速率快、加熱效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。然而碳纖維復(fù)合材料電熱鋪層在制造和運(yùn)輸過(guò)程中容易產(chǎn)生各種損傷，不僅影響風(fēng)電葉片低溫環(huán)境下防冰或除冰效果，而且還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至發(fā)生安全事故。因

2、此，掌握常見(jiàn)損傷對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響規(guī)律，以及同質(zhì)修復(fù)對(duì)電熱性能的恢復(fù)效果顯得尤為重要。
　　考慮到風(fēng)電葉片所用的材料體系，本文選用了無(wú)堿玻璃纖維三軸布/環(huán)氧樹(shù)脂體系和 VIMP工藝制備試樣基板，再將碳纖維布手糊成型制備得到完好試樣。通過(guò)人工預(yù)制損傷制備損傷試樣，主要包括穿孔損傷和低速?zèng)_擊損傷，采用貼補(bǔ)手糊工藝對(duì)穿孔損傷進(jìn)行同質(zhì)修復(fù)。
　　本文根據(jù)碳纖維復(fù)合材料電熱鋪層在制造和運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)際穿透性損傷，制備了

3、一系列不同損傷程度的損傷試樣，模擬穿透性損傷孔徑與試樣寬度在不同比例下（孔寬比）對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響。結(jié)果表明，孔寬比對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響呈非線性特征，對(duì)加熱溫度場(chǎng)非均勻性和局部最高溫度的影響顯著；孔寬比達(dá)到0.625時(shí)，電阻由0.746Ω增大到1.927Ω，局部最高溫度由78℃上升到139℃，已經(jīng)超出了復(fù)合材料允許的使用溫度環(huán)境，需要進(jìn)行修復(fù)。采用同質(zhì)碳纖維復(fù)合材料對(duì)Φ30 mm損傷試樣進(jìn)行了修復(fù)，研究了不同形狀、

4、不同鋪層厚度等修復(fù)方式對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響。結(jié)果表明，雙層方形碳纖維補(bǔ)片修復(fù)能夠獲得更好的修復(fù)效果，修復(fù)后試樣電阻由0.913Ω恢復(fù)到0.654Ω，局部最高溫度下降了30℃。
　　本文采用落錘沖擊裝置來(lái)等效評(píng)估低速?zèng)_擊損傷，研究了不同沖擊損傷對(duì)碳纖維復(fù)合材料電熱性能的影響。結(jié)果表明，隨著沖擊能量的增大，損傷試樣電阻呈非線性增大，且在沖擊能量較大時(shí)，試樣電阻的增大幅度非常明顯；在沖擊位置的橫向會(huì)出現(xiàn)局部高溫效應(yīng)，沖擊能量越