缝合对碳纤维复合材料性能影响研究.pdf

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1、于倩倩，等：缝合对碳纤维复合材料性能影响研究39缝合对碳纤维复合材料性能影响研究于倩倩陈刚郑志才崇琳吴忠泉王忠(中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031)摘要利用芳纶纤维对碳纤维增强环氧树脂复合材料进行缝合，研究了缝合密度、缝合方向和缝合线直径等缝合参数对复合材料+3-4~性能、弯曲性能和层间剪切性能的影响。结果表明，缝合密度和缝合方向对材料性能影响较大，材料经缝合后拉伸性能和弯曲性能下降，层间剪切性能提高。关键词缝合复合材料艺参数先进树脂基复合材料具有比强度高、可设计性绕技术在缠绕机上制备预浸料，铺层后

2、利用大型厚好等优异特性¨j，自20世纪60年代以来在飞机结料机对预浸料进行缝合，最后利用平板硫化机模压构和其它军民用结构巾得到了广泛应用，但其应成型试样。用形式大多为层合结构，铺层之间缺少增强纤维，层1．4性能测试间强度大致与树脂基体强度相当，在受到外力作用拉伸性能按GB／T1447—2005测试，拉伸速度时，易发生层问开裂，降低了结构的整体强度和刚为2mm／min；度，导致其在一些复杂结构件上的应用受到限制。弯曲性能按GB／T3356—1999测试，弯曲速度缝合技术是提高复合材料层间性能的最有效途径之为5mm

3、／min，弯曲跨度根据试样厚度调节；一层问剪切性能按JC／T773—1996测试，加载速，在厚度方向上的缝合线能够明显地提高层间破坏刚度。和抗冲击容限。目前，工业发达国度为1mm／min，跨距为10mm。家已在缝合复合材料力学性能理论分析和实验方法2结果与讨论等方面取得许多成果一。缝合复合材料已经被广2．1缝合参数对材料拉伸性能的影响泛应用于飞机机壳、翼板和叶片的加强件及民用结(1)缝合方向构的工字梁、汽车部件等方面。笔者利用芳纶纤表1、表2示出缝合方向对碳纤维布增强EP复维对碳纤维增强环氧树脂(EP)复合材料

4、进行缝合，合材料拉伸性能的影响，其中缝合密度为每平方厘研究了缝合参数对材料拉伸性能、弯曲性能及层间米面积上缝合的针数。由表1、表2可以看出，相对剪切性能的影响。于未缝合材料，0。缝合材料拉伸强度下降33．4％，1实验部分45。缝合材料下降53．1％，90。缝合材料下降48．2％。1．1原材料这说明缝合方向与加载方向相同时测得的强度高于连续碳纤维[T700(12K)]、平纹碳纤维布当缝合方向与测试方向呈其它角度时的相应值，缝合复合材料的拉伸性能对纤维的扰动和缝合线与载[T300(3K)]：日本东丽公司；改性TDE

5、～85EP：自制；荷的作用方向很敏感。表10。缝合对碳纤维布增强EP复合材料拉伸性能的影响Kevlar芳纶纤维：线密度分别为1000D、2000编号缝合密拉伸强拉伸弹性备注D，台州市鑫隆石化机械厂。度／st·cm一度／MPa模量／GPa1．2仪器、设备W1—40．83355865．12000D缝合线缠绕机：V6—3FW一1300型，上海万格复合材W1—183866．5未缝合料技术公司；表245。、90。缝合对碳纤维布增强EP复合材料拉伸性能的影响大型厚料机：GB4—3型，上工集团股份有限公编号缝合密缝合方拉伸强

6、拉伸弹性备注度／st·cmI2向／(。)度／MPa模量／GPa司；DL726．469．2未缝合平板硫化机：25t，上海伟力机械厂；W2—10．83390376．460．12000D缝合线万能试验机：WE一10B型，长春试验机厂。W2—20．8334534O．461．42000D缝合线1．3试样制备采用配制好的EP胶液和碳纤维，利用湿法缠收稿日期：2009—10—12工程塑料应用2010年，第38卷，第1期(2)缝合密度行缝合，结果见图2。从图2可以看出，对于这两种图1示出缝合密度(采用2000D缝合线)对碳材料

7、而言，缝合后材料的拉伸强度均不同程度下降，纤维布增强EP复合材料拉伸性能的影响。其中用2000D缝合线缝合的复合材料的拉伸强度降幅较1000D缝合线低。这可能与直径越大，缝合线在材料受到纵向拉伸应力时发生变形、与基体脱粘和摩擦吸收的能量越大有关。l6001200皇800醴廿迥400OEP／碳纤维EP／碳纤维布囵-1000D；目一2000D；口一未缝合图2缝合线直径对复合材料拉伸强度的影响2．2缝合参数对材料弯曲性能的影响(1)缝合方向和缝合密度图3-示出不同缝合密度(采用2000D缝合线)、缝合方向时连续碳纤维

8、增强EP复合材料的弯(b)曲强度和弯曲弹性模量。1--0。缝合；2—90。缝合；3—45。缝合1．8a一拉伸强度；b-拉伸弹性模量图1缝合密度对碳纤维布增强EP复合材料拉伸性能的影响1．6从图1可以看出，复合材料经缝合后拉伸强度越嘣和拉伸弹性模量均有不同程度地降低。当0。缝合：生14静时，复合材料拉伸强度较未缝合材料的最大降幅为34％。当45。、90。缝合时，复合材料的拉伸强度随1．2