缝合复合材料的制备与力学性能分析

采用新型的锥管针刺技术,将铺层平纹碳布在厚度方向上进行缝合,通过控制针距和行距,得到缝合密度不同的缝合预制体,再采用RTM工艺将预制体与环氧树脂进行复合,得到三维缝合复合材料。通过拉伸、弯曲和层间剪切试验,探究缝合密度对缝合复合材料力学性能的影响。结果表明,与未缝合碳纤维/环氧树脂复合材料相比,加入缝合线后,复合材料的拉伸性能降低,拉伸强度降低了3. 1%～12. 4%;缝合复合材料弯曲强度,随缝合密度的增加呈现先下降后上升再下降的趋势,其中密度为5 mm×5 mm的缝合复合材料弯曲强度提高了2. 2%;缝合复合材料层间剪切性能较未缝合复合材料均出现了不同程度提高,当缝合密度为5 mm×5 mm时,提高率达到最大值,为41. 6%。对试样的断口形貌进行讨论,结果表明,缝合线是影响材料破坏模式的重要因素。     

不同缝合方式对缝合复合材料力学性能的影响研究

缝合技术作为整体成型的制造技术,能有效增强复合材料的层间强度和抗冲击损伤性能。在缝合技术中有不同的缝合方式,目前常用的缝合方式有锁式缝合、链式缝合和临缝三种。不同的缝合方式对复合材料的层间剪切性能、压缩性能、拉伸性能和弯曲性能会产生不同的影响。主要研究了在三种不同的缝合方式下,复合材料的压缩性能、拉伸性能和弯曲性能的变化。     

缝合技术在长竹纤维复合材料制备中的应用研究

采用缝合技术制备了长竹纤维单向复合材料,研究了缝线种类和缝合间距对于复合材料的拉伸、弯曲和层间剪切性能的影响。结果表明,随着缝合间距的增加,单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(UP)复合材料的拉伸、弯曲、剪切性能基本呈先上升后下降的趋势,且当缝合间距为3cm时,复合材料性能最好。芳纶缝线与涤纶缝线制备的复合材料相比,拉伸强度、拉伸模量分别高7.32%、12.09%,弯曲强度、弯曲模量分别高4.99%、3.47%,剪切强度低8.47%,复合材料总体性能相差不大。     

缝合泡沫夹层结构复合材料三点弯曲性能研究

采用改进锁式缝合方法,在真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺基础上制备了缝合泡沫夹层结构复合材料,对其进行了三点弯曲测试,并对缝合参数对其弯曲性能的影响进行了实验研究。实验结果表明,在弯曲载荷作用下,其结构的失效大部分是由于芯材的剪切破坏,在缝合密度较大和纤维层较多的情况下,弯曲性能优异。采用缝合泡沫夹层结构可以提高复合材料的弯曲性能。     

缝线捻度对链式缝合复合材料的浸润及力学性能影响

分别采用不同捻度的Kevlar-29缝线对碳纤维层合板预成型体进行链式缝合,并进行VARI(真空辅助树脂渗透)成型。研究了不同捻度缝合板的拉伸、弯曲及层间剪切性能和不同捻度缝线与树脂的界面结合情况。实验结果表明:缝合复合材料在缝线进行适当加捻之后,拉伸和弯曲强度都有不同程度提高,当捻度为80次/米时,分别较捻度为20次/米时提高了2.5%和9%,层间剪切强度降低了12%;且缝线捻度较低时,基本不会对树脂在缝线内部的浸润效果造成影响,捻度较高时,树脂渗透困难,对缝线浸润效果影响较大。     

芳纶Ⅲ单向复合材料制备及性能研究

用湿法缠绕法制备了芳纶Ⅲ-环氧树脂单向复合材料,对其拉伸性能、压缩性能、弯曲性能及层间剪切性能进行了研究,并对比了Kelvar-49、芳纶1414单向复合材料的相关性能。试验结果表明:含有杂环结构的芳纶Ⅲ不仅基本力学性能较优,其单向复合材料的拉伸性能、压缩性能、层间剪切性能都优于不含有杂环结构的Kelvar-49和芳纶1414,尤其体现在拉伸性能上。     

缝合参数对缝纫平纹玻璃纤维织物复合材料弯曲性能的影响研究

本文参照美国ACT计划设计的最优缝合参数,用无捻Kevlar纤维缝合成不同缝合密度的预成型体,讨论并优化了缝合过程中重要参数的影响。采用改良的缝合机器,使缝合质量大幅提升,并发展了加固嵌板的缝合技术。本文采用VARTM工艺制备玻璃纤维织物增强复合材料,通过比较不同缝合密度下的力学性能,讨论了VARTM工艺中缝合密度对材料性能的影响。实验结果表明,在一定的缝合密度下,缝合复合材料能表现出最好的冲击韧性。随着缝合密度的提高,复合材料的弯曲性能下降,但是层间性能有所提升。     

缝合工艺在碳/碳复合材料的应用

研究了不同缝合间距和不同碳布对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响.结果 表明:在相同缝合间距下,缝合预制体的单元层厚度越薄,其碳/碳复合材料的综合性能越优异,且相比单元层性能,单元层厚度对其碳/碳复合材料的性能影响更显著;随着缝合间距变小,碳/碳复合材料拉伸强度整体呈现下降趋势,且降低幅度均增大,弯曲强度和层间强度呈现增加趋势,且增加幅度均增大.     

热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学行为的影响。静态力学性能测试结果表明,经热空气老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和压缩强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为12.7%和6.9%,拉伸模量从126 GPa增大到145 GPa,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化较小。DMA测试结果表明,热空气老化使PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性和刚性提高,随着老化时间的增加,E'向低温方向移动,E″向高温方向移动,说明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。     

热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法研究了热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响。利用材料万能试验机研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随热氧老化时间的变化情况,结果表明,经过在60℃热氧老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸强度变化较小,弯曲强度和层间剪切强度出现了一定程度的下降,最大降幅分别为8.8%和11.7%,拉伸模量和弯曲模量增大。采用DMA研究了热氧老化时间对PBO纤维复合材料动态力学性能的影响,结果表明,热氧老化使得PBO纤维复合材料的耐热性提高,贮能模量下降,随着老化时间逐渐增加,E″逐渐向高温方向移动。     

Mechanical properties in multidimensional composites

The mechanical properties of three dimensional stitched composites were compared against those of the traditional two dimensional laminates. An attempt was made to correlate the change in properties to the change in the third directional fiber density. Tests conducted were the impact, three-point bending, damage tolerance, end notched flexure, and bending fatigue test. The results of these tests show that the third directional fibers can effectively inhibit delamination by increasing the interlaminar shear strength. Three dimensional composites also possess better damage tolerance, fracture toughness, and fatigue life. However, a high stitching density can degrade the in-plane properties of the composites.     

捆绑纱对预定向经编织物性能的影响

通过用玻璃纤维／涤纶捆绑纱及不同经编组织结构,研究捆绑纱对预定向经编织物性能的影响。结果表明,玻纤可用于捆绑纱组织中,其编织后强度比涤纶纱高33．3％。玻纤捆绑纱可改善树脂对织物的浸渍性,降低最终复合材料的孔隙率,提高复合材料的拉伸和剪切等力学性能。不同的捆绑纱组织结构对复合材料的力学性能影响显著,玻纤做捆绑纱时,经平组织比编链组织复合材料的经向拉伸强度高7．97％,弯曲强度高约5％。     

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。     

竹原纤维/可生物降解塑料复合材料的性能研究

通过热压成型制备了竹原纤维增强可生物降解塑料复合材料,研究了材料的力学性能、热稳定性、断裂面的微观结构等,以及复合材料的微生物降解性能。研究结果表明,复合材料的拉伸强度和弯曲强度随竹原纤维含量增加而增加,当竹原纤维质量分数为16.67%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度较纯可降解塑料分别增加46.9%和93.1%,但断裂伸长率和冲击强度随着竹原纤维含量增加而降低。复合材料的热稳定性比纯可降解塑料和竹原纤维更好。在土壤微生物的作用下,复合材料在20 d时间的降解率可达19.4%。     

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。     

芳纶针织物复合材料力学性能研究

为探究芳纶针织物复合材料的力学性能,用电子织物强力机对平板硫化机制得的芳纶针织物复合材料进行拉伸、弯曲、压缩性能测试,结果表明:芳纶针织物增强复合材料为非脆性破坏;经硅烷偶联剂处理有效地提高了芳纶针织物增强复合材料的抗拉、抗弯、抗压强度;罗纹空气层组织的抗拉、抗弯及抗压性能优于满针罗纹组织。     

缝合增强泡沫夹芯结构复合材料力学性能研究

采用机械缝合设备连续制备了"X"型构型缝合增强泡沫夹芯结构预成型体,并采用真空导入模塑工艺(VIMP)整体成型了缝合增强泡沫夹芯结构复合材料。实验研究了面板纤维布层数、面板纤维布穿透缝合层数、缝合角度、缝合针距及纱线股数对缝合增强泡沫夹芯结构复合材料弯曲性能和平压性能的影响规律。实验结果表明:与未缝合结构相比,缝合结构在质量未明显增加的情况下,弯曲性能和压缩性能得到了显著提高,其弯曲刚度最大提高了4.66倍,破坏载荷最大提高了13.8倍;压缩强度和压缩模量最大分别提高了26.2倍和15.2倍。     

UHMWPE纤维针织物-环氧树脂复合材料的制备与性能

将等离子体处理前后的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维针织物分别与环氧树脂在平板硫化机上进行复合,制作出UHMWPE纤维针织物复合材料,对其进行裁样,测试UHMWPE纤维针织物复合材料的拉伸、弯曲和压缩性能。结果表明:经等离子体处理后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度均有较大提高,压缩强度有小幅增加。     

不同增强方式下泡沫夹芯复合材料三点弯曲性能研究

研究了缝合及加强筋增强方式下泡沫夹芯复合材料的三点弯曲性能.采用万能试验机分别进行了缝合与未缝合碳纤维、玻璃纤维、玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料的三点弯曲实验,分别得出各自的载荷-挠度曲线,再引入加强筋的方式进一步研究缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能.结果表明,玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料较玻璃纤维泡沫夹心复合材料性...