高性能纖維混雜方式與混雜復合材料性能關系的研究.pdf

1、混雜纖維增強復合材料是材料設計與研究多元化發(fā)展的產物。由于其具有單一纖維增強復合材料不具備的優(yōu)異特性而引起了人們的廣泛關注，開展這方面的研究對于實現低成本復合材料和提高復合材料的性能具有重要的意義。 本文通過改變混雜方式設計了14種不同的混雜線型，在改進的普通劍桿織機上成功試織了22塊3D紡織結構預制件，并采用真空輔助成型工藝制成混雜纖維增強復合材料板材。對混雜纖維增強復合材料板材的樹脂滲透性、拉伸性能及抗沖擊性能進行測試與分析

2、。主要工作及所獲得的結論如下： (1)設計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計：3D機織結構中經紗，緯紗和垂紗不同原料交織混雜的設計；包覆紗外包滌綸的纏繞方式(單向纏繞和交叉纏繞)的設計。 (2)給出空芯結構和普通3D結構中不同組分纖維混雜時混雜纖維增強復合材料纖維體積分數的計算方法。 (3)采用真空輔助成型工藝制成了22塊混雜纖維增強復合材料板材。通過改變樹脂導入管和導出管的位置，大大改善了

3、板材的表面枯燥，不平整現象。對灌注時樹脂滲情況進行研究，得出樹脂膠液的滲透是與真空環(huán)境密切相關的，滌綸含量的多少和預制件的結構對樹脂滲透性能影響不是很大。 (4)通過對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。通過掃描電鏡對織造過程中的紗樣分析表明：交叉包纏可以有效保護芯線的磨損，防止外包紗圈的滑脫，改善了織造過程中紗線的耐磨性和復合材料板材的抗沖擊性。 (5)對混雜纖維增強復合材料的抗

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

5、合材料的抗沖擊性。 (6)對混雜纖維增強復合材料板材拉伸性能的研究表明：當滌綸含量在23.529％-72.368％范圍內變化時，混雜纖維增強復合材料的斷裂伸長率均高于單一玻璃纖維增強復合材料的斷裂伸長率，表現出了明顯的混雜效應；試樣的抗拉強度與包覆紗中滌綸的百分含量呈二次方的關系，在滌綸含量60.682％時抗拉強度會出現低谷，此時復合材料發(fā)生兩次斷裂，這在一個承力結構中一般是不能允許的。實際生產中，我們應從生產成本和材料最終用途