基于复相体系的层状化增韧复合材料分析

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1、摘要碳纤维增强树脂基复合材料层合板的一个主要缺陷是抗冲击损伤性能较差，其原因主要是层间的树脂韧性不足，遭受低速冲击时容易发生分层损伤。针对这种现象提出的interleaf增韧方法可以有效改善层台板的冲击阻抗，但是引入额外的增韧层造成纤维体积含量降低，削弱了材料的比强度和比模量。航空工业中广泛应用的热塑性树脂增韧环氧基体本质上是一种热固／热塑复相体系。根据益小苏教授关于“离位”(Ex—Situ)复合的思想，通过对平面相互接触的熟固、热塑相在固化过程中的相互扩散和迁移行为的研究，发现两种成分可以在对方本体内形成某种浓度梯度，从而在随后由固化反应引发的分相和相反

2、转过程中形成热固性连续相和热固／热塑双连续相相间的层状相结构。基于这一结果，首先提出了对碳纤维复合材料层合板的层状化增韧方法，即在熟固性预浸料铺层问引入可溶于热固性基体树脂的热塑性增韧层，利用固化过程中热固性成分向热塑性增韧层内的渗透，在层合板最薄弱的层闻部位——即碳纤维铺层间，形成以热塑性树脂为连续相的双连续结构，而铺层内部的成分保持不变。经层状化增韧，热固性基体复合材料的抗冲击损伤性能德到显著提高，同时原有的静态力学性能基本上没有受到影响。固化后，增韧层已经与基体树脂成为一体，因此不会造成纤维体积含量的降低。处理过的预浸料具有良好的铺覆性和适当的手感黏

3、性，便于铺贴操作，工艺性良好。对层台板在冲击过程中分层损伤产生和发展过程的研究表明，层状化增韧处理可以有效地抑制层间分层损伤。特别是仅针对最薄弱的几个层问进行的增韧，即能明显改善材料的抗冲击性能，为增韧结构设计和选择性增韧提供了基础。关键词复相体系离位层状化增韧工艺性选择性增韧ABSTRACTAdvancedpolymermarxcomposites(1aminatedgraphitecomposites)exhibitlowdamageresistanceagainstlow-velocityimpact，resultingusuallyindelami

4、nation·Thelowtou加essofinterlaminarresinmakesitmostlyresponsible．Theideaofinterleafwasdevelopedtoovercomethisproblemandshowedcertaineffectivenessinimprovingtheimpacttoughnessoflaminates．However,theintroductionofextratougheninglayersreducesthefibervolumefraction，andreducedspecificst

5、rengthandstiffnessarethepriceonehastopay．Foradvancedpolymercomposites，thermoplastics(TP)areoRenusedtotoughellintrinsicallybrittlethermosetfrS、resinsbyformationofTSffPdiphasesystem．BystudyingthediffusionandmigrationbehaviorofTS／TPcomponentinadjacentcontactbasedontheEx-Situconceptde

6、velopedbyProf．YiXiaosu，itwasfoundthatbothcomponentsformedacertainconcentrationgradientintheircounterpart’Smatrices．Thephasedecompositionandphaseinversioninducedbythefollowingcuringresultedinaspecialinterphasestructure,whichcomprisedofinterlacedTScontinuousphasesandTS／TPco-continuo

7、usphaSt．“S．1llsp证edbythisbehavioranoveltougheningconcept，namelylaminated-toughening,Wassuggestedforthefirsttime．ThebasicideaWasintroductionofthinTPintothegraphiteplies．Duringthecuringcycle,theTPlayercouldbedissolvedorswollenbyTSmonomers，generatingaTS／TPCO—continuousphasestructurei

8、ntheinterlaminarlegions，whiletheg