三维正交机织和双轴向经编玻纤复合材料压缩性能研究

采用三维正交机织玻纤织物和双轴向经编玻纤织物分别为增强体,环氧树脂(E-2511-1A)/固化剂(2511-1BT)混合液(质量比为100∶30)为基体,利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺成型,制备两种复合材料试样。然后,对试样进行0°和90°方向的压缩试验,并比较试样的当量压缩性能。结果表明,双轴向经编玻纤复合材料0°方向的当量压缩断裂强度比三维正交机织玻纤复合材料提高4. 90%,三维正交机织玻纤复合材料90°方向的当量压缩断裂强度比双轴向玻纤复合材料提高23. 40%,而双轴向经编玻纤复合材料0°、90°方向的当量压缩模量分别比三维正交机织玻纤复合材料提高35. 71%、64. 00%。     

三维正交机织玻纤复合材料界面改性及弯曲性能研究

纤维/基体界面特性影响复合材料性能,为提高纤维/基体界面性能,基于纤维表面热处理与硅烷偶联剂改性相结合的方法处理三维正交机织物。分别以改性前后织物为增强体,树脂与固化剂的混合胶液为基体,采用VARTM工艺成型复合材料。测试试样沿0°和90°方向的弯曲性能。结果表明,试样沿0°方向的弯曲强度略有下降,而弹性模量增加。沿90°方向的弯曲强度和弹性模量均增加。由此可知,硅烷偶联剂改性可以提高纤维/基体界面结合强度,从而改善了复合材料的力学性能。纤维FTIR谱图和试样断裂截面SEM图也证实纤维/基体结合强度得到了提高。     

捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响

以高强涤纶纱为原料,借助自主改造的二维小样机织造三种捆绑组织(平纹、斜纹和缎纹)的三维正交机织物,再采用真空辅助树脂传递模型工艺制作三维正交机织复合材料。重点研究三种不同的捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维正交机织复合材料沿经向拉伸时断裂表面较平整,沿纬向拉伸时断裂处形状不规则;捆绑组织为缎纹的三维正交机织复合材料的拉伸性能整体最好,捆绑组织为平纹的三维正交机织复合材料拉伸性能整体最差;三种捆绑组织的三维正交机织复合材料纬向拉伸断裂强度大于经向拉伸断裂强度。     

正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能

为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足,研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。以高强涤纶长丝为原料,分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件,依据均衡对称准则设计4种复合结构,选用双酚A环氧乙烯基脂为基体,制备正交、准正交及复合三维机织复合材料,并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。结果表明:准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中,复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。     

三维正交机织复合材料力学性能研究进展

总结三维正交机织复合材料力学性能的研究现状与发展趋势。介绍了纱线截面对三维正交机织复合材料弹性模量的影响;阐述了三维正交机织复合材料几何结构的数值表征特点;总结了国内外三维正交机织复合材料的准静态力学性能和动态力学性能研究成果。认为:三维正交机织复合材料细观结构的分析已较为成熟,但应在所建模型中考虑实际的纱线状态;研究纱线与基体的界面性能也很重要,尚待加强相关研究。     

玻璃纤维/涤纶混杂热塑性机织复合材料的制备及其性能

为研究复合材料中丙纶(PP)体积含量对板材厚度、截面形貌、树脂浸渍增强纤维的效果以及板材拉伸性能的影响,利用PP作为基体,玻璃纤维(GF)和涤纶(PET)作为增强纤维织成机织平纹预制件,采用层合热压法制备热塑性复合材料板材,并对复合材料板材进行性能测试.结果表明:随着PP体积含量的增加,复合材料板材的厚度呈明显下降趋势...     

四轴向经编增强复合材料力学性能研究

为研究四轴向经编增强复合材料的力学性能,基于真空辅助树脂传递模塑工艺,制备玻璃纤维四轴向经编织物/环氧树脂复合材料试样,测试并分析试样沿0°、±45°及90°四个方向的拉伸和弯曲性能。结果显示:试样沿0°、±45°和90°方向具有相近的拉伸及弯曲性能,近似呈各向同性,表明该四轴向经编增强复合材料面内力学性能有较好的均匀性;通过提高增强体内纱线线密度、铺放密度及纤维/环氧树脂界面结合力等方法,可增强四轴向经编增强复合材料的拉伸和弯曲性能。     

三维正交机织物织造及复合材料成型工艺研究

详细阐述三维正交机织物的结构特征、织造原理及织造工艺,以三维正交机织物为增强体、环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺成型,制成复合材料,并分析其内部结构。结果表明:由普通织机改造的多综眼多剑杆织机可以织造三维正交机织物,成型后复合材料内的纱线形状和位置未发生明显变化,树脂较好地渗透到织物内部,复合材料具有较高的纤维体积分数。研究结果为进一步研究三维正交机织复合材料的力学性能及应用奠定了基础。     

三维机织增强与层压复合材料的抗弹性能分析

以玻璃纤维为经、纬纱,以芳纶纤维为接结纱制备三维正交机织物,以玄武岩纤维为经、纬纱制备层压织物,再分别以上述两种织物作为增强体,乙烯基树脂为基体制备增强复合材料。对两种复合材料以310~790 m/s的子弹初始速度进行弹道冲击实弹试验,对两者的弹道冲击衡量指标进行了分析对比,比较两者的抗弹性能。研究结果表明:三维正交机织复合材料的能量吸收值远大于玄武岩层压复合材料,子弹冲击复合材料靶板后的剩余速度与子弹冲击复合材料前的初始速度呈线性关系,弹道极限速度V_(50)与初始入射速度的关系曲线与入射速度-能量吸收的拟合曲线基本相似。     

三维玻璃纤维织物增强不饱和树脂的力学性能研究

以不饱和树脂为基体,三维玻璃纤维织物为增强体,采用手糊/模压工艺,制得三维玻璃纤维增强复合材料,并对其力学性能进行了研究。结果表明,当增强材料的质量分数为10%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为89.38MPa和147.45MPa。与二维玻璃纤维织物增强复合材料相比,其拉伸强度和弯曲强度分别提高了37.46%和21.91%,与短纤维增强复合材料相比,其拉伸强度和弯曲强度分别提高了64.30%和35.83%。另外,为进一步改善基体的力学性能,还考察了刚性粒子(碳酸钙)对复合材料的影响。结果表明,碳酸钙能提高复合材料的韧性,且当碳酸钙质量分数达到20%时韧性最佳。     

多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。     

玻纤/芳纶针织物夹芯复合材料的制备与弯曲性能研究

以满针罗纹、双反面及纬平针芳纶针织物为芯层,以单向玻璃纤维织物为外层制备层合结构的增强体,以环氧树脂和固化剂混合胶液为基体,基于真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备出玻纤/芳纶针织物夹芯复合材料试样.研究了3种玻纤/芳纶针织物夹芯复合材料试样的弯曲性能.结果 表明:针织物的结构对复合材料的弯曲性能有重要影响,提高针织物受力方向上纱线的数量和强度均可增强复合材料的弯曲性能.     

纬编针织复合材料拉伸性能研究

采用无碱玻璃纤维纱线在电脑横机上编织了4种不同组织结构的纬编针织物作为复合材料增强体,基体选用环氧树脂,利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺加工成型。测试了4种纬编针织增强复合材料的横向、斜向和纵向的拉伸性能,并对拉伸性能曲线、浮线对横向拉伸的影响以及复合材料拉伸强度的各向异性进行了分析。结果表明:玻璃纤维纱线在复合材料中的取向度和浮线的长短都对复合材料的拉伸强度有很大的影响;纬编针织复合材料拉伸强度的各向异性显著。     

双轴向与四轴向经编复合材料弯曲性能对比实验研究

对比分析了双轴向、四轴向经编玻璃纤维复合材料分别沿0°和90°方向的弯曲性能。分别以0°/90°双轴向和0°/+45°/90°/-45°四轴向经编玻璃纤维织物为增强体,E-2511-1A环氧树脂/2511-1BT固化剂混合液为基体,基于VARTM实现复合材料试样成型,测试并比较两种复合材料沿0°和90°的弯曲性能。结果表明:四轴向经编复合材料弯曲试样纱线损伤和分层失效现象较双轴向经编复合材料严重,增大复合材料增强体内0°或90°纱线线密度有助于提高该方向复合材料的弯曲强度和弯曲模量。同时,由于+45°或-45°纱线层存在,可在一定程度上提高复合材料的弯曲强度。     

玻璃纤维多轴向经编复合材料的制备及拉伸性能研究

以环氧树脂为基体,分别以玻璃纤维多轴向经编针织物和玻璃纤维机织物作为增强材料,通过手糊法制备复合材料,并通过试验对比研究两种复合材料的拉伸性能。结果表明,经编复合材料沿各个轴向的拉伸强度比复合前多轴向经编针织物及机织复合材料的强度均有明显提高,增幅均在50%以上,说明多轴向经编复合材料具有更优异的力学性能。这为进一步扩大玻璃纤维多轴向经编复合材料的应用领域提供了有力证据。     

经纱织造张力对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

三维机织预制体生产过程中,经纱张力控制对预制体织造及复合材料性能有至关重要的影响,选择最佳经纱织造张力可以有效提高三维机织复合材料质量。文章研究了不同经纱织造张力对三维机织预制体及三维机织复合材料性能的影响,结果显示：经纱织造张力越大,在机织造过程中经纱的磨损就较大,预制体面密度越大。当经纱织造张力为150 gf时,织造的预制体对应的复合材料经向拉伸强度最大,但经纱织造张力对其经向压缩性能几乎没有影响。     

三维正交整体夹芯机织物的结构设计及织造

以正交结构为基本的三维结构单元,通过改变空心各边的长度和厚度,设计了多种经向截面为六边形的三维整体夹芯机织物结构,并在改造的普通织机上织造成功。在此基础上对试样的结构特点进行对比分析,同时探讨了三维正交夹芯机织物孔形尺寸的影响因素,比较了各种三维整体夹芯机织物试样的结构特点及织造方法。该研究为三维整体夹芯机织物的结构设计提供了参考,设计的多种三维夹芯机织物为蜂窝结构复合材料提供了性能良好的增强体。     

三维机织热塑复合材料的制作与性能

设计了一种以包芯编带纱为中间体制作三维机织热塑复合材料的方法。对复合材料的空隙率、拉伸、弯曲性能进行了实验和分析。研究表明,包芯编带纱既能满足热塑树脂的均匀渗透,又具有良好的三维织造性能;三维机织热塑复合材料的刚度较低,预拉伸工艺可以显著提高复合材料的拉伸刚度和弯曲刚度。     

纬编针织增强复合材料的拉伸性能

在电脑横机上用玻璃纤维编织4种不同结构的针织物,作为纬编针织增强复合材料的增强体。采用VARTM工艺复合加工,对这4种纬编针织增强复合材料的纵、横向拉伸性能进行测试,并对拉伸应力与应变特征曲线进行分析;阐述集圈、浮线对纬编针织增强复合材料拉伸性能的影响。结果表明:取向度和拉伸方向上受力纱线根数是影响这4种结构增强复合材料拉伸性能的主要因素;复合材料的破坏形式说明玻璃纤维针织物增强体与树脂结合良好,有潜在的应用价值。     

基于气缸的三维机织增强体织造系统设计

为在经纱方向引入贯穿织物厚度的接结纱从而提升机织增强复合材料层间性能,以三维正交无卷曲机织增强体为对象,设计了一种窄幅三维机织织造系统。采用气缸作为开口、引纬和打纬的主要驱动部件,实现多重综框的独立开口运动与管状多剑杆机构的多层梭口同时引纬运动,并在可编程控制器上实现各机构协调运作,使经纬纱垂直平铺,接结纱与纬纱交织并贯穿织物起到层间约束作用。通过显微镜观察三维机织增强复合材料各个切面(分别沿经纱、纬纱和接结纱),并测量纱线卷曲度、横截面积、组织单元尺寸等关键几何参数。测量结果表明,这种三维机织系统可实现三维正交无卷曲机织增强体的织造。