汽车内饰用2.5维机织复合材料的制备及拉伸性能

本文以丙纶(PP)长丝、亚麻为原料,通过包缠方式将PP长丝包覆在亚麻表面以形成PP/亚麻包缠纱;分别以PP/亚麻包缠纱为经纬纱,在全自动剑杆织样机上制织三种典型的2.5维(浅交弯联、浅交直联、深角联)机织物,并将该机织物通过热压的方式制成汽车内饰用2.5维机织复合材料,研究不同组织结构对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,2.5维机织物的经向拉伸性能表现为深角联>浅交直联>浅交弯联,纬向拉伸性能相差不大;2.5维机织复合材料的拉伸性能表现为浅交直联>浅交弯联>深角联,纬向拉伸性能相差不大。     

2.5D机织复合材料结构与力学性能关系的研究

本文设计了3种典型2.5D机织物组织,制作了满足要求的试验件.对2.5D机织复合材料经、纬向的拉伸、压缩和层间剪切等性能进行了试验研究,获得了该种材料的主要力学性能参数.分析了这几种材料的结构与性能的关系,得到了一些有益的结论.结论表明,2.5D机织复合材料的拉伸、压缩、剪切强度基本取决于其纱线倾角和纤维体积含量;相同层数的2.5D机织复合材料的拉伸、压缩、剪切强度均表现为深交联>浅交直联>浅交弯联.     

2.5维机织复合材料低速冲击性能研究

本文以64tex亚麻纤维、33tex丙纶(PP)纤维为原料,在花式捻线机上形成PP包覆亚麻的包缠纱;分别以上述包缠纱作为经纬纱,在SU111型全自动剑杆织样机上制织三种典型2.5维机织物(浅交弯联、浅交直联、深角联),并在Carver热压设备上热压制成2.5维机织复合材料板材。分别选取厚度为1mm、纤维体积含量为48%的上述三种2.5维机织复合材料进行低速冲击性能研究。结果表明,浅交弯联复合材料抗低速冲击时,最大载荷最大,为575.1N,深角联最小,为301.74N;浅交弯联复合材料受低速冲击载荷时,吸收能量最多,达0.816J,深角联吸收能量最小,为0.771J。     

三维浅交弯联复合材料结构与力学性能研究

以2400tex的玻璃纤维为原料,在SGA598型三维织机上,织制出三层和六层两种三维浅交弯联机织物作为三维机织复合材料预制体,将两块三层三维浅交弯联机织物层叠在一起以保持两种机织物的纬纱层数一致。将环氧树脂E51与聚醚胺WHR-H023以质量比为3∶1的比例混合后制成树脂基体,采用手糊成型的方式将预制体与树脂基体按照质量比为1∶1的比例复合成型,制备出两种三维浅交弯联机织复合材料。借助Instron 3385H型万能材料试验机对材料的拉伸及弯曲力学性能进行测试;通过实验过程及对破坏断面的观察比较两种复合材料的力学性能。实验结果表明,三维浅交弯联机织复合材料在承受拉伸及弯曲载荷时,主要表现为脆性破坏模式;六层三维浅交弯联机织物作为复合材料的预制体时,该复合材料的弯曲性能和拉伸性能均优于两块三层三维浅交弯联机织物层叠在一起作为增强体的复合材料;且六层机织物可以更好地保护复合材料,提高其使用寿命。     

织物经纬向对硅橡胶制品成型工艺及力学性能的影响

对比涤纶针织布、涤纶网眼布、玻璃纤维布3种织物及其与硅橡胶复合材料的经纬向性能,分析织物经纬向对硅橡胶制品成型工艺和力学性能的影响。结果表明：3种织物的纬向拉断伸长率均大于经向拉断伸长率;织物/硅橡胶复合材料的力学性能主要由织物提供,纬向拉断伸长率大于经向拉断伸长率,在小变形时经向拉伸力大于纬向拉伸力;加入织物的复合材料的收缩率显著降低,纬向收缩率大于经向收缩率;利用涤纶针织布纬向的大变形,可实现异形制品表面织物无搭接成型;利用织物纬向变形可解决玻璃纤维布/硅橡胶制品长度方向易弯折的问题;增加织物后中空P形结构硅橡胶制品的经向压缩力大于纬向压缩力。在硅橡胶制品结构、模具和工艺设计时,为保证制品的质量一致性,应充分考虑织物经纬向。     

三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料的拉伸和剪切性能研究

本文设计和制作了两种混杂模式的三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料,分别是层间混杂和层内混杂模式。对其拉伸性能和剪切性能进行了测试和分析,结果表明,层内混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能比层间混杂复合材料的好,层内混杂复合材料的归一化强度和归一化模量分别比层间混杂复合材料的高22.12%和16.9%,层内混杂复合材料的剪切强度和剪切模量分别比层间混杂复合材料的高19.61%和26.03%;对于层间混杂复合材料,纬向的归一化强度比经向的高4.06%,但厚度方向上纱线的存在和织造工艺中经纱预加张力的影响,使纬向的归一化模量比经向的降低11.44%。     

芳纶/碳纤维混杂机织复合材料的力学性能研究

分别以芳纶和碳纤维(CF)为经、纬向纱,采用小样织机制备了不同经纬密度的芳纶/CF混杂平纹织物;以环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂转移成形方法制备芳纶/CF混杂织物增强复合材料(简称复合材料);分析了复合材料的力学性能。结果表明:在经向纱(简称经纱)、纬向纱(简称纬纱)的纤维种类分别相同时,复合材料的弯曲强度随经向密度增大而增大;以芳纶为经纱时,复合材料的弯曲模量和拉伸模量随着经纱的密度增大而减小,而复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着经纱密度的增大而增大;以CF为经纱时,复合材料的弯曲模量随着经纱密度的增大而增大,且弯曲强度和弯曲模量均高于以芳纶为经纱时的复合材料。     

球形陆基充气天线球面材料力学性能研究

为了研究球形陆基充气天线球面材料力学性能,在标准实验室环境里,对高强涤纶丝平纹PVC膜结构材料进行拉伸、撕裂、顶破力学性能测试;用乐泰401胶水胶接PVC膜结构材料,对不同胶接长度的材料进行拉伸性能测试;对材料在20%的盐酸和氢氧化钠溶液中腐蚀不同周期后进行拉伸性能测试。实验结果表明,球面材料经向断裂强力大于纬向;随着胶接长度的增加,断裂强力先显著增加,后趋于平缓;随着碱蚀时间的增加,沿经向和纬向的断裂强力都下降,但沿纬向的断裂强力下降幅度大于经向;PVC膜结构材料的耐盐酸性能较好;材料经向撕裂强力大于纬向;材料的顶破试样裂口形式表现为纬纱的断裂。     

制备工艺对亚麻增强聚丙烯复合材料拉伸性能的影响

以亚麻纤维为增强体,与聚丙烯（PP）长丝进行丝束级共混,形成PP包覆亚麻的纱线结构,利用机织工艺织成二维机织布,作为复合材料的预制件。采用层合热压方法制备PP／亚麻复合材料板材。通过对板材拉伸性能测试及扫描电镜（SEM）拉伸断口形貌分析,研究了不同纤维体积分数、织造密度及织造组织等因素对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,在选取最优热压温度与压力的条件下,纤维体积分数为50％的板材性能最优;经向密度相同时,拉伸性能随着纬向密度的增加而提高;经、纬向密度均相同时,斜纹3／1组织的板材性能最优,纬向最大拉伸强度可达92．42 MPa。     

混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响

为了分析混杂比对层内混杂复合材料力学性能的影响,利用交织方式制备芳纶碳纤维混杂增强体织物,并通过交织物纬纱系统中芳纶与碳纤维的纱线配置比例调整碳纤维在增强体结构中的混杂比。采用真空辅助成型技术制备层内混杂结构的芳纶碳纤维混杂（ACFH）复合材料,并对复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行测试。结果表明,增强体纬向系统中芳纶与碳纤维的不均质性对ACFC复合材料经方向上的拉伸强度起消极作用;混杂比的增加对ACFC复合材料的纬向拉伸破坏和弯曲损伤具有抑制作用;纬向上,ACFC复合材料的拉伸强度最高提高了近6倍,弯曲强度最小增加了4.04倍;芳纶与碳纤维混杂协同作用有利于ACFC复合材料的抗冲击性能改善,且混杂比存在最佳值。     

化学气相渗透法制备2维和2.5维C/SiC复合材料及其拉伸性能

采用化学气相渗透法制备了2维和2.5维碳纤维增强碳化硅(carbon-fiber-reinforced silicon carbide,C/SiC)复合材料,沿经纱(纵向)和纬纱(横向) 2个方向对2种复合材料进行了室温拉伸性能测试,并从预制体结构和原始缺陷分布的角度对比分析了两者力学性能之间的差异.结果表明:两种C/SiC复合材料均表现出明显的非线性力学行为,在经纱方向和纬纱方向上,2维C/SiC复合材料力学性能表现为各向同性,而2.5维C/SiC复合材料力学性能则表现出明显的各向异性:经纱方向上2.5维C/SiC复合材料的拉伸强度和拉伸模量(326 MPa,153 GPa)均高于2维C/SiC复合材料的(245 MPa,96 GPa),纬纱方向上的(145 MPa,62 GPa)均低于2维C/SiC复合材料的(239 MPa,90 GPa).两种复合材料的拉伸断裂行为均表现为典型的韧性断裂,并伴有大量的纤维拔出.两种复合材料中纱线断裂均呈现出多级台阶式断裂方式,但其断裂位置并不相同.2.5维C/SiC复合材料中由于经纱路径近似于正弦波,弯曲程度较大,在纱线交叉点处造成明显的应力集中,因此经纱多在纱线交叉点处断裂;而纬纱由于其路径近乎直线,应力集中现象不明显,因此纬纱断裂位置呈随机分布.2维C/SiC复合材料中经纱和纬纱由于其路径类似于2.5维C/SiC复合材料中的经纱,因此其断裂位置也多在纱线交叉点处.微观结构观察表明不同的编织结构是造成两种复合材料在不同方向上力学性能差异的主要原因.     

等离子体处理对芳纶针织物复合材料性能的影响

将芳纶织成纬平针织物,再进行等离子体处理;将未处理及处理的芳纶纬平针织物与E44环氧树脂复合制成芳纶针织物复合材料,测试了复合材料的抗拉强度和抗压强度,结果显示:相比处理前,经等离子体处理过的复合材料的经向抗拉强度和纬向抗拉强度分别提高了49%和33%;经向抗压强度和纬向抗压强度分别提高了40%和39%;经向的抗拉强度和抗压强度均大于纬向的。     

化学气相渗透2.5维C/SiC复合材料的拉伸性能

采用等温减压化学气相浸渗(isothermal low-pressure chemical vapor infiltration,ILCVI)工艺制备了在厚度方向上具有纤维增强的2.5维(2.5 dimensional,2.5D)碳纤维增强碳化硅多层陶瓷基复合材料,从而使一端封口的防热结构部件的制备成为可能.ILCVI致密化后,复合材料的密度、孔隙率分别为1.95～2.1 g/cm3和16.5%～18%.沿经纱和纬纱两个方向对2.5D C/SiC复合材料进行室温拉伸实验.结果表明:复合材料在纵向和横向的拉伸应力-应变均表现为明显的非线性行为.复合材料具有较高的面内拉伸性能,纵横向的拉伸强度分别为326MPa和145MPa,断裂应变分别为0.697%和0.705%.复合材料的拉伸断裂为典型的韧性断裂,经纱和纬纱的断裂都表现为纤维的多级台阶式断裂以及纤维的大量拔出.     

Determination of Structural Characteristics of Stitched and Knitted Fabric

Abstract

The mechanical properties of stitched-bonded fabrics are investigated in the paper. The main structural characteristics of stitch-and-knitted nonwovens ric in two different density made on automatic warp knitting machine with compound needles and with one laying bar were calculated. Breaking strength of the fabric is determined by means of tensile tester with a constant speed of specimen deformation and at the ball burst test. The tensile test showed a 100% bigger breaking force in warp related to weft direction, while the breaking elongation is 50% greater in welt direction for both of samples. Results of this measurements were showed in diagram.     

制备工艺对亚麻增强热塑性复合材料拉伸力学性能的影响

将增强体亚麻纱线和基体丙纶复丝制成pp/亚麻包覆纱后,进行织造,织物用层合热压法制成复合材料.制备工艺中,包覆纱法对复合材料的拉伸强度最好;麻含量50%的复合材料的拉伸强度达到最佳;当纬纱密度相同时,随着经纱密度的增大经向的拉伸强力和拉伸弹性模量也随之增大,而纬向的却随之减小,当经纱密度相同时,随着纬纱密度的增大,经向的拉伸强力和拉伸弹性模量随之减小,纬向的随之增大.     

平纹机织玄武岩纤维/环氧树脂复合材料冲击拉伸行为

以常规机织工艺生产织物增强体,以真空辅助树脂转移模塑法(VARTM)制备成型复合材料,研究单层平纹玄武岩长丝增强环氧树脂复合材料在准静态和高应变率加载下的拉伸性能。准静态和高应变率拉伸试验分别在MTS-810.23试验仪和分离式霍普金森拉杆(SHTB)测试系统上完成。试验结果表明该材料的力学性能具有应变率依赖性:随着应变速率的增加,拉伸模量和拉伸强度单调增加,失效应变单调减小,弹性能先增加后减小。材料的失效破坏特征也呈现明显的应变率效应:准静态拉伸时,材料断口整齐,树脂的破碎少,几乎没有纤维的抽拔和经纬向纤维束间的滑移;高应变率拉伸时,材料断口参差错乱,树脂完全破碎,纤维束抽拔严重、相互崩裂和滑移,织物增强体结构的整体性破坏严重。     

玄武岩纤维/聚丙烯热塑板拉伸性能的研究

为了研究硅烷偶联剂处理和玄武岩纤维的排列方向对玄武岩纤维/聚丙烯热塑板的拉伸性能的影响,试验采用质量分数为0.75%的KH-550偶联剂对玄武岩纤维进行处理,再将玄武岩纤维和聚丙烯进行混合开松、梳理成网,采用模压成型工艺制备了A(玄武岩纤维经偶联剂处理)和B(玄武岩纤维未经偶联剂处理)两种热塑板,使用Instron3369型万能强力机测试其拉伸性能。结论:KH-550偶联剂改性处理对热塑板的拉伸性能改善明显,与B板相比,A板的横向强度和模量分别提高了91.4%和33.5%,纵向强度和模量分别提高了40.2%和29.5%;A、B两种板材的纵向拉伸性能指标明显优于横向拉伸性能,A板的纵向强度和模量分别是横向的1.7和1.5倍,B板的纵向强度和模量分别为横向的2.3和1.5倍。     

Recycled content in polymer matrix composites through the use of A-glass fibers

The utility of recycled A-glass (primarily composed of soda-lime-silicate) fibers as reinforcement for structural composites has been studied. A series of plaques of unsaturated polyster composite were resin transfer molded with an A-glass continuous strand mat (CSM) and a control with E-glass CSM. The influence of fiber volume fraction on the physical and thermo-mechanical properties of the resultant composites were investigated, both before and after environmental exposure. At the maximum fiber fraction considered (nominally 29 vol%), the use of A-glass reinforcement lowered the warp direction tensile modulus from 8.6 to 7.6 GPa and strength from 139 to 100 MPa, relative to the control. Similar results were observed for both the flexural and the tensile properties, irrespective of fiber fraction and test direction (warp vs. weft), for the A-glass reinforcement. Environmental exposure was found to affect equally the properties of A-glass and E-glass fiber reinforced composites. Based upon microscopic analyses and constituent properties, the lower mechanical properties of the A-glass fibers composites have been linked to the lower properties of A-glass fibers relative to E-glass fibers. The experimental results were also used to test a micro-mechanics models for random fiber reinforced composites. Reasonable correlation was found between the experimental results and the theoretical predictions. To offset their lower mechanical properties, A-glass fibers could be used as a reinforcement in composite applications by simply increasing the fiber fraction relative to their E-glass counterpart.