碳纤维经编织物复合材料弯曲、剪切性能研究

admin · 发表于 2022-9-25 09:52:03

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碳纤维经编织物是针对低成本复合材料液体成型工艺(LCM)开发的一种新型纺织材料增强体，它可以根据设计要求实现多层多角度的结构，整体铺覆性好，并可以精确控制预成型体的纤维方向，从而满足设计要求；此外，经编织物的纤维屈曲程度较小，有利于发挥纤维的性能，对LCM工艺发展具有十分重要的意义。碳纤维经编织物在国外航空领域已大范围应用，但由于我国纺织技术的不足，国产化的碳纤维经编织物才刚刚起步。本文通过对碳纤维经编织物针织结构的分析，探索了影响经编复合材料力学性能的内在因素，以此指导国内经编碳纤维织物和复合材料的开发，为其在航空领域的大规模应用奠定基础。通过红外、DSC和扫描电镜等测试，表明国产经编线材料的物理、化学性能与国外水平相当，其中，50D长丝的化学结构、耐热性能与国外经编线非常接近，采用丝束更细的材料，将有助于减少经编材料内部的缺陷。通过对干态织物表观结构和复合材料微观形貌的研究，发现由于经编线的位阻作用，会引起纤维束的变形，在织物内形成“裂缝”或“渠道”，其尺寸与针织方式(经平、链式)和织物类型(单层、双层)有关，链式缝编比经平缝编更有利于减小“裂缝”和“渠道”的尺寸，单层结构中经编线引起的纤维束变形比双层结构中小。加工工艺能够部分弥补这种缺陷，但不能完全消除。对双轴向经编[45°/-45°]、经编[0°/90°]和单轴向经编三种复合材料的弯曲和短梁剪切性能进行了测试，研究发现，单向经编材料弯曲性能最好，双轴向经编[0°/90°]的弯曲强度与模量均低于[45°/-45°]复合材料，三者的层间剪切强度大致相当。经编[45°/-45°]复合材料的力学性能与单向布复合材料相比，层间性能更好，但弯曲性能稍差。经编线引起的“裂缝”或“渠道”附近容易形成缺陷，这些缺陷是影响经编复合材料弯曲和剪切性能的主要因素。本文是对碳纤维经编织物及其复合材料进行的初步研究，对于碳纤维经编织物的渗透特性、复合材料的其它力学性能以及耐湿热老化性能等在今后的工作中还有待进一步的探讨。

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