z-pin增强双马来酰亚胺层合板制备及力学性能的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文Z-pin增强双马来酰亚胺层合板制备及力学性能研究姓名：马丹申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：李勇2011-03南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来我国大力发展航空航天领域，对纤维增强耐高温树脂基复合材料提出了迫切的需求，Z-pin增强技术以其突出的三维增强效果，弥补了先进树脂基层合板层间强度偏低的不足。本文以双马树脂基层合板为应用对象，开展Z-pin增强双马层合板技术研究。首先，针对双马树脂低温高粘度及双峰固化反应特点，重点研究了双马Z-pin拉挤成形工艺，并成功制备出碳纤维/BMI树脂（T300/NHZP-

2、1）复合材料Z-pin。同时开展了Z-pin数控植入泡沫载体工艺，超声辅助植入工艺，以及Z-pin增强双马层合板模压固化成型工艺研究，探索了低成本制备Z-pin增强双马层合结构的工艺路线。其次，试验研究了Z-pin增强层合板层间断裂韧性，分析了Z-pin植入直径、Z-pin植入体积分数对I、II型层间断裂韧性的影响。试验结果表明，Z-pin植入能显著提高层合板层间断裂韧性并主要取决于Z-pin植入体积含量，随着Z-pin植入体积分数的增加，层合板层间断裂韧性增加。同时分析Z-pin增韧机理是Z-pin通过与层合板基体间的机械嵌接力及其他化学结合力、在裂

3、纹扩展过程中Z-pin拔出或剪断产生的抗力以及Z-pin自身的弹性变形等约束来增强层合板层间强度和层间断裂韧性。最后，制备了不同规格Z-pin增强层合板，研究Z-pin对层合板面内拉伸、开孔拉伸性能的影响。试验结果表明：①Z-pin植入后引起层合板拉伸强度降低显著，对拉伸模量影响较小。层合板拉伸强度随着Z-pin植入直径、体积分数的增大而降低，并主要取决于Z-pin植入体积含量，1.77%体积分数的Z-pin增强层合板拉伸强度降低幅度高达17.5%。Z-pin引起的层合板拉伸强度降低是非线性变化的；②Z-pin植入后对层合板开孔拉伸强度的影响很小。结合

4、层合板无损状态下拉伸强度，Z-pin增强层合板的开孔拉伸剩余强度比例较空白层合板有较大的提高，并随着Z-pin体积分数增加而增加，最高增幅达10%。③Z-pin植入后改变了层合板内微观力学结构，载荷作用下应力应变状态由层合板内纤维、树脂及厚度方向上Z-pin等联合响应，层合板破坏失效模式和力学响应机理变得更加复杂。关键词：复合材料，Z-pin增强，双马来酰亚胺树脂，层间断裂韧性，面内力学性能IZ-pin增强双马来酰亚胺层合板制备及力学性能研究AbstractWiththeoutstandingeffectofthethree-dimensionalen

5、hancement,Z-pintechnologymakeupthedeficienciesoffiber-reinforcedpolymerlaminatesinthethicknessdirection.Inthispaper,basedontheBMIresinmatrixcompositelaminates,theresearchonpreparationprocessandmechanicalpropertiesofZ-pinreinforcedBMIcompositelaminateswascarriedout.Firstly,basedo

6、nthecharacteristicsoflow-temperaturehighviscosityandcuringprocessofBMIresin,thispaperfocusonthepultrusionmoldingprocessofBMIZ-pin.Moreover,thelowcostpreparationprocessofZ-pinreinforcedBMIcompositelaminateswasstudied,whichincludeZ-pininserted,Z-pinultrasoundimplanted,andZ-pinnedB

7、MIlaminatescompressionmoldingcuringprocess.Secondly,theinfluenceofZ-pininsertedparameterswhichincludeZ-pin’sdiameterandZ-pin’svolumecontentonitsmodeIandIIinterlaminarfracturetoughnesswasindepthstudied.TheresultesshowedthatZ-pincansignificantlyimprovetheinterlaminarfracturetoughn

8、essofcompositelaminatesandmainlyincreaseswithZ-