树脂基三维机织复合材料结构和力学性能的关系的研究

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1、No.1带衬经衬纬的角联锁结构No.2带衬经的角联锁结构No.3带衬纬的角联锁结构No.4角联锁结构图14种结构预制件的三维示意图表1预制件结构参数、试片尺寸及纤维体积含量No.经纱密度纬纱密度尺寸/mm纤维体积含量/%根/cm/层根/cm/层拉伸弯曲压缩140．814．4250×25×480×15×4120×25×457.02240．810．0250×25×480×15×4120×25×454.54335．017．0250×25×480×15×4120×25×457.12435．016．2250×25×480×15×4120×25×459.221．

2、1．2复合固化复合固化采用RTM(ResinTransferMolding)工艺，即树脂传递模塑法固化成型。本试验所用树脂为环氧树脂/固化剂/催化剂以一定比例配制而成，密度为1.26g/cm3。复合固化后的试片尺寸及纤维体积含量如表1所示。考虑到4种不同结构复合材料试片的纤维体积含量差异不大，在后面的实验测试分析中视纤维体积含量为等同。1．2测试标准和方法目前尚无3D机织复合材料力学性能的测试标准，以我国国家标准GB1447-83、GB1449-83和GB3856-83为依据，同时参考了NASA-94-cr4609和ASTMD3410-75。测试仪器

3、为日本岛津（SHIMADZU）的AG-250KNE型万能材料试验机，同时配合自行研制的电阻应变计和动态电阻应变仪等的电测系统以及包括控制程序和计算机等的数据采集系统。复合材料的固有性质中最难测量的可能是压缩强度性质，这是因为轻质样品的几何变化导致所加负载的异常，从而因几何尺寸的不稳定性而增加了非正常压缩破坏发生的几率。因此，为了完成[6]复合材料压缩强度的准确测量，已经发展了相当复杂的加载固定装置和试片形状。本试验采用线形导向和硬质抓柄，以确保同轴的承载性，载荷通过钢质基座中带锯齿的锥面夹具作用于试样上，2随着载荷的增大，锥面夹具保证越压越紧，试片不

4、致过早失稳。夹具示意图如图2所示。1-压缩试片2、3-楔形夹具4-加强片5-底座图2压缩夹具示意图弯曲性能的测试采用三点弯曲测试方法，试验跨厚比设为15，根据跨距l=15h（h为试片厚度），取跨距为60mm。为保证试片拉伸和压缩时端部不首先破坏，在试片两端分别粘贴规格为50mm×25mm×2mm（长×宽×高）带倒角的铝质加强片。2结果和讨论2．1载荷-位移曲线图3、4、5分别为4种不同组织结构的经向拉伸载荷-位移曲线、弯曲载荷-挠度曲线、压缩载荷-位移曲线。8070No.160No.2No.350No.440Load/KN30201000123456

5、78910Displacement/mm图34种结构复合材料的拉伸载荷-位移曲线31.81.6No.11.4No.2No.31.2No.41.00.8Load/KN0.60.40.20.0012345678Flexure/mm图44种结构复合材料的弯曲载荷-挠度曲线25No.1No.220No.3No.415Load/KN1050012345678Displacement/mm图54种结构复合材料的压缩载荷-位移曲线由图3可以看出，No.1～4复合材料的拉伸载荷－位移曲线均呈双折线形，曲线上有一个不太明显的拐点，拐点之前为初始模量区，拐点之后为二次模

6、量区。在初始阶段，纤维与树脂之间的界面结合得很好，树脂起到了很好的传递力的作用，多根轴向纱线共同承受拉伸力的作用，表现为较高的初始模量。随着材料的伸长，树脂与纤维间的部分界面开始发生破坏，整体性受到影响，表现为略低的二次模量，随着界面破坏的加剧，起增强作用的纤维难以共同发挥作用，不能承受已经达到了很高的拉伸力，产生突然的断裂，即脆断，其断口见图6（ａ）所示，据此，称此材料为脆性材料（ε<5%〉。由图4可以看出，No.1～4复合材料的弯曲载荷-挠度曲线的起始部分明显呈线性关系，随着载荷的增加，材料的弯曲挠度也逐渐增大,但当载荷超过某一极限值后，载荷出现

7、波动，而挠度继续增大，曲线呈“台阶”形下降趋势。由图5可以看出，No.1～4复合材料的压缩载荷-位移曲线的起始部分呈现线性关系，一段时间后载荷出现拐点，而后曲线又呈直线形，载荷快速增加至最大值，至此，压缩载荷-位移曲线与拉伸载荷-位移曲线具有相同的规律。然而，最后阶段与拉伸载荷-位移曲线急剧下降为零这一特点不同的是，压缩曲线是下降到某一值后缓慢下降，形成“台阶”形状。材料没有明显的断裂、劈开等现象，但此时该材料已经破坏，无法继续使用。2．2强度、模量表2给出了4种不同组织结构复合材料的经向拉伸、弯曲、压缩的强度和模量，每一个数据均4是3个试件测试结果

8、的平均值，离散系数从0.13～28.23%不等。可以看出，平均最大拉伸强度和模量分别高达735.9MPa和9