碳纤环氧树脂混杂复合材料冲击性能和冲击后弯曲性能研究.pdf

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1、2014年第7期’玻璃钢／复合材料57三维五向编织玻纤／碳纤环氧树脂混杂复合材料冲击性能和冲击后弯曲性能研究方丹丹，阎建华(东华大学纺织学院，上海201620)摘要：该文研究了三维五向玻纤／碳纤编织混杂复合材料的冲击性能和冲击后弯曲性能，对试样分别进行了落锤冲击试验和三点弯曲试验。研究表明，通过落锤冲击试样发现，冲击后冲击面的损伤比背面的损伤低，冲击背面裂纹主要沿纵向扩展；通过弯曲性能测试得出碳纤维的加入使玻璃纤维复合材料的弯曲模量提高；当轴纱排布为CF：GF：CF时，混杂复合材料的抗冲击性能最好，材料的抗冲击性能与混杂方式有关。关键词：三维五向编织；混杂复合材料；弯

2、曲性能；冲击性能中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)07—0057—05复合材料对冲击损伤比较敏感，有时表面损伤表1碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂的性能Table1Propertiesofcarbonfiber，glassfiber，不明显但内在性能已受到较大影响，因此复合材料andepoxyresinusedinthisstudy的冲击性能研究受到广泛的关注。三维编织复合材料其预制件一次性编织成型，整体性较好，从根本上克服了传统铺层复合材料易分层的弱点。三维编织复合材料具有较高的冲击损伤容限等性能。三维编织复合材料由于其较优的结构

3、性能，近年来越来越多地受到航空航天和汽车行业的青睐。为了降低成本和改善抗冲击性等需求，人们往往采用混三维五向编织预制件采用四步法进行编织，编杂结构。混杂复合材料在保证单一复合材料优点的织角在44．7。～47．4。之间。总编织纱线根数(排×基础上，具有优良的综合性能，通过混杂比和混杂结列)4×40+3×39(编织纱+轴纱)。纱线在机器上构的变化，使材料获得较大的设计自由度。的编织排布如图1所示，图中大写字母为编织本文通过研究三维五向玻纤／碳纤混杂编织复纱、小写字母为轴纱(G、g表示玻璃纤维，c表示碳合材料冲击及冲击后弯曲性能，得出具有较高抗冲纤维)。击性能的混杂编织结构

4、。GG【jGGGGgGgGgGgGgGgGgGGcGcGCGcGCGcGCGGgGgGgGgGgGgGgGGgGgGgGgGgGgGgGGgGgGgGgGgGgGgGGCGCGcGCGCGcGcG1实验GGGGGGGGG厄G／C，1．1材料与试样GGG实验采用东丽公司生产的12KT700碳纤维GCGcGcGCGCGcGcGGCGcGCGcGCGCGcG(CF)和浙江巨石集团生产的1200tex398E6玻璃GCGCGCGCGCGcGCGGGGG纤维(GF)，树脂为环氧树脂，代号JC-02AB，由常熟G，C，佳发化学有限责任公生产。材料的性能在表1中图1纱线在机器上的排

5、布列出。Fig．1Theyarnconfigurationonthebraidingmachine收稿日期：2013．10．08基金项目：上海市科技成果转化和产业化项目(12521102400)作者简介：方丹丹(1986一)，女，研究生，研究方向为三维编织复合材料的冲击性能。通讯作者：阎建华(1956一)，男，研究员，主要从事三维编织复合材料工艺、性能方面的研究。SRPmM20No60三维五向编织玻纤／碳纤环氧树脂混杂复合材料冲击性能和冲击后弯曲性能研究2014年7月G／C混杂复合材料冲击后弯曲性能下降较小，具有较好的抗冲击性能，这与冲击性能分析结果相一致。在相同的冲

6、击能量作用下，混杂复合材料吸收较多z，p矗。的冲击能量，但横截面损伤较少。G／C的抗冲击性0枷0姗O姗O瑚瑚00O0如O能不如G／C，G／E的抗冲击性能。G／C与G／C在昆杂方式上有差异，本研究中编织预制件编织纱为玻璃纤维轴纱，均有三排，通过改变轴纱获得不同的混杂复合材料，G／C的轴纱两侧为碳纤维，中间一排为玻璃纤维，使三维编织复合材料在外形上看似一个三明治结构，该结构可见于试样的横截面照片(图6)。G／C的三排轴纱均为碳纤维，而G／C的三排轴纱由CF、GF在层间交替排列产生混杂效应，使G／C的抗冲击性优于G／C。G／C碳纤维含量高于G／C，但是抗冲击性能低于G／c，

7、因此混杂复合材料抗冲击性能的提高并不是随着另一种纤维含量的提高而增加，而是在一定程度上取决于混杂方式。G／E与G／C：两种试样编织纱均为玻璃纤维，区别在于G／E的3排轴纱均为玻璃纤维，而G／C的3排轴纱均为碳纤维，碳纤维与玻璃纤维形成混杂效应，使混杂复合材料G／C的抗冲击性能优于纯玻纤复合材料G／E。三种试样的综合性能见表4。表4试样的综合性能值Table4Comprehensiveperformanceofthespecimens图8试样冲击前后弯曲载荷一位移曲线(．1表示冲击之前，-2表示冲击之后)Fig．8Pre—impactandpost-i