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1、第12卷第2期新型碳材料Vol.12No.21997年6月NEWCARBONMATERIALSJun.1997CF/GF多向混杂纤维复合材料拉伸特性研究张大兴张佐光(北京航空航天大学材料科学与工程系,北京100083)摘要本文以碳纤维(CF)与玻璃纤维(GF)混杂,制成多向混杂纤维复合材料层板,并对其层板进行拉伸性能测试,观察其拉伸行为。同时在层板理论的基础上,考虑到混杂效应的作用,提出了多向混杂纤维复合材料非线性迭代强度估算模型。关键词复合材料混杂复合材料拉伸特性1前言算。其研究结果为混杂纤维复合材料选材和设计应用提供了参考依据。混杂纤维复合材料层板的力学行为,不仅取决于组成层板的各单层板的
2、力学性质,2实验部分而且,还取决于铺层顺序、混杂结构形式[1]等。本文从实验出发,采用工程上常用的铺2.1原材料层角,并保持铺层角度顺序不变,制备出不同的CF/GF多向混杂纤维复合材料层板,并实验用增强材料是日本东丽公司生产的对各层板的拉伸行为进行了实验与分析。并T300碳纤维和南京玻璃纤维研究设计院生产的S-2玻璃纤维,树脂基体为航空工艺研与单向混杂纤维复合材料和多向单一纤维复究所生产的QY8911双马来酰亚胺体系,其合材料的拉伸行为进行了对比。同时,对该类混杂纤维复合材料的拉伸初始模量进行了估增强材料和基体树脂情况见表1。表1纤维和树脂的性能碳纤维玻璃纤维改性双马来酰亚性能T300B-30
3、00-40BS-2胺树脂密度(g/cm3)1.72.54拉伸模量(GPa)230853.4拉伸强度(MPa)29502760断裂延伸率(%)1.43.32.22.2试样制备由室温(真空度>0.096MPa)(1)层板的制备升温保温100℃10分钟2℃/min预浸料在TPJ-2排布机上制备,按要求加压升温至铺层后在热压罐中成型。恒温、恒压30分钟0.2MPa177℃(2)固化工艺加压再自然冷却恒温1.5小时后,加0.2～0.3MPa·30·新型碳材料第12卷80℃以下出罐。加强片长度50mm。(3)试样层压板质量检测(5)性能测试层压板由超声波和软X射线探查,其各试样在标准环境条件和测试状态调节
4、按2层板分层缺陷<5×5mm,孔隙含量5、MBH-3[0C/45C-45C/90G/0C/45C/-45C/90G]82.046MBC[0C/45C-45C/90C/0C/45C/-45C/90C]1000*VCF表示混杂比。图1CF/GF混杂FRP的P-PL/曲图2CF/GF混杂纤维FRP的部分线-曲线(<100MPa)图中1-MBC,2-MBH-3,3-MBH-1,4-MBH-2,5-MBG3实验结果与讨论的载荷位移曲线。从图1中可以看出,在破坏前均未出现拐点或折线,始终为光滑的曲线,3.1拉伸行为表现出一次破坏的特征,这与单向混杂复合[2]3.1.1应力—应变行为材料通常出现的二次破坏特征不同。实验已证实,聚合物基复合材
6、料的拉伸CF/GF混杂纤维复合材料的应力—应应力—应变行为取决于增强材料的种类和叠变行为不但从其破坏特征上表现出自身的特层方式,增强材料与基体间的相互作用,载荷点,而且在小应力水平条件下,应力—应变也相对于材料弹性对称主轴的方向及试验的环显示出不同于单向混杂纤维复合材料的特境条件。图1是多相混杂纤维复合材料完整征。图2是应力在100MPa前时多向混杂纤第2期张大兴等:CF/GF多向混杂纤维复合材料拉伸特性研究·31·维复合材料的应力—应变曲线。同,只有当材料经每一次拉伸后产生微裂纹,从图2中可见,多向混杂纤维复合材料出现永久性损伤,以后不加大载荷在同样的的-响应介于两个多向单一纤维层板(即
7、应力水平下重复加载,裂纹不会进一步扩展,图2中的曲线1,5)之间。而且,当多向混杂纤才造成2,3,4曲线相同,因此永久性损伤是维复合材料的0°向为纯CF板(CFRP)时,造成多向混杂纤维复合材料的拉伸-曲(即图2中曲线2,3),其中-行为类似于线出现非线性的主要原因。多向CFRP(曲线1)行为,多向混杂纤维复合材料的0°向为纯GF板(GFRP)时,(即曲线4),则其-行为类似于多向GF
