cf_pps复合材料断裂韧性及大型客机典型结构成型工艺研究

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1、学校代码：10255学号：2160398东华大学硕士学位论文CF/PPS复合材料断裂韧性及大型客机典型结构成型工艺研究STUDYONFRACTURETOUGHNESSOFCF/PPSCOMPOSITESANDMOLDINGPROCESSINGOFTYPICALSTRUCTUREINLARGEAIRCRAFTS学科专业：材料工程学生姓名：常舰指导教师：朱姝答辩时间：2018年5月东华大学材料科学与工程学院（MaterialsScience&Engineering,DonghuaUniversity

2、）东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论

3、文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学常舰硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注刘天西教授答辩委员会主席东华大学王新威高级工程师答辩委员会委员上海化工研究院査刘生教授答辩委员会委员东华大学何勇教授答辩委员会委员东华大学汪庆卫副教授答辩委员会委员东华大学吴琪琳

4、教授答辩委员会委员东华大学张青红教授答辩委员会委员东华大学董杰讲师答辩委员会秘书东华大学东华大学硕士学位论文CF/PPS复合材料断裂韧性及大型客机典型结构成型工艺研究CF/PPS复合材料断裂韧性及大型客机典型结构成型工艺研究摘要纤维增强树脂基复合材料对冲击引起的损伤十分敏感，低速低能冲击载荷造成的不可见损伤可能使复合材料强度大幅降低。当前使用广泛的热固性复合材料对冲击载荷抵抗能力不足、断裂韧性低，限制其应用。采用热塑性基体代替热固性基体是提高复合材料韧性的一种途径。但热塑性复合材料的断裂韧性与许

5、多因素有关，如纤维-基体界面相互作用和成型工艺参数等。由于这些因素对复合材料的影响规律和机理尚未研究透彻，导致热塑性复合材料在航空结构中的应用成熟度较低，尤其是成型工艺尚不成熟，材料和结构性能稳定性较差。本文主要研究了纤维界面改性（包括去浆和使用特种热塑性上浆剂）和成型工艺参数（温度、压力、降温速率等）对连续碳纤维（carbonfiber,CF）增强聚苯硫醚（carbonfiberreinforcedpolyphenylenesulfide,CF/PPS）复合材料韧性的影响规律和机理，提出优化成

6、型方案。基于涂层法进行纤维-基体界面改性，采用叠层模压成型制备了CF/PPS复合材料。通过对CF/PPS复合材料进行低速冲击试验、冲击后剩余压缩强度（CAI）试验及Ⅰ型层间断裂韧性（GIC）试验，分析CF/PPS对能量的吸收效果和失效模式。在低速冲击试验中，研究了不同冲击能量（5J、15J、30J、40J）对不同界面相互作用CF/PPS复合材料的影响，实验结果表明经过界面改性的MCF/PPS复合材料可以吸收更I东华大学硕士学位论文CF/PPS复合材料断裂韧性及大型客机典型结构成型工艺研究多的冲击

7、能量，在提高界面性能的同时，抗冲击性能也有所提高；在＜30J的冲击能量下，MCF/PPS复合材料所承受的最大冲击载荷、吸收的冲击能量均大于未改性的UCF/PPS复合材料，且改性样品损伤面积更小。分析冲击后的样品截面，发现在CF/PPS中呈现“金字塔形”的冲击破坏形貌，冲击能量由金字塔顶部依层传播至板材底部，造成板材顶部凹陷、中间分层、底部严重分层且纤维断裂的损伤。和UCF/PPS相比而言，MCF/PPS冲击面仅产生轻微塑性形变，整体截面未出现纤维断裂，仅在背面表层出现略微分层现象，表明界面改性M

8、CF/PPS的韧性大幅提升。CAI试验结果显示，随着冲击能量的增加，CF/PPS复合材料的CAI值逐渐降低；界面改性对CAI有显著影响，MCF/PPS最大，UCF/PPS最小，归因于冲击过程中MCF/PPS纤维和界面的损伤程度小，结合其良好的界面相互作用，压缩过程中抵抗形变的能量更大。MCF/PPS复合材料的冲击后压缩破坏模式主要为穿过损伤的侧向破坏，5J冲击能量下为靠近端部的侧向破坏。在Ⅰ型层间断裂韧性试验中，研究了不同温度、压力、降温速率及界面改性对CF/PPS复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响