芳纶短纤维增强碳纤维复合材料机理研究

《芳纶短纤维增强碳纤维复合材料机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号:TB3310710-2015125068硕士学位论文芳纶短纤维增强碳纤维复合材料机理研究丁广志导师姓名职称王斌华副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称机械电子工程论文提交日期2018年4月15日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学Strengtheningmechanismofcarbonfibercompositereinforcedbyshortaramid-fiberAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DingGuangzhiSuper

2、visor：A/Prof.WangBinhuaChang’anUniversity,Xi’an,China摘要碳纤维复合材料由于具有比强度、比刚度高等传统金属材料所不具备的优点，使其在航空及汽车工业等领域有着广泛的应用。碳纤维层合板复合材料是以环氧树脂为基体的多层碳纤维复合结构，在其结构中存在着多层树脂粘接层及粘接界面，由于树脂为脆性材料，粘接层基体和碳纤维/树脂界面的强度及断裂韧性较差，成为影响复合材料整体力学性能的关键因素，针对该问题，本文使用Kevlar纤维（芳纶纤维）对复合材料粘接层及粘接界面进行增强，并以双悬

3、臂梁（DoubleCantileverBeam,DCB）试验为基础研究了Kevlar纤维对碳纤维复合材料的增强机理。主要研究内容包括：（1）首先使用Kevlar纤维薄膜对粘接层的纯树脂构造进行加强，形成以Kevlar纤维为骨架的复合粘接层，与纯树脂粘接层相比，Kevlar纤维薄膜可以使粘接层的极限承载力及断裂韧性分别提高75%、103.9%，并且可以协调增强碳纤维/树脂界面强度，防止碳纤维/树脂界面发生剥离破坏；（2）为减少Kevlar纤维/树脂界面缺陷，提高界面强度，使用表面预处理技术对Kevlar纤维表面进行预处理

4、，提高了树脂对Kevlar纤维薄膜的浸润性，增加了Kevlar纤维的拔出阻力，经过表面预处理，粘接层的极限承载力及断裂韧性分别进一步提高26.97%、27.60%，使用金相显微镜和SEM电镜对Kevlar纤维的增强机理进行了微观分析；（3）由于粘接层结构尺寸较小，不同长度的Kevlar纤维会对粘接层中纤维的布置形式及增强机理产生影响，针对该情况，文中研究了四种长度的Kevlar纤维对粘接层的影响，结果表明不同长度的Kevlar纤维会在粘接层产生不同的桥联作用，在3mm~12mm长度范围内，Kevlar纤维越短，纤维两自

5、由端越容易协同形成较强的桥联作用，Kevlar纤维越长，越容易发生剥离，形成较弱的桥联作用；（4）为研究粘接层中Kevlar纤维数量对粘接层强度的影响，以3mm长Kevlar纤维为研究对象，研究了3种不同密度的Kevlar纤维薄膜对粘接层的影响，结果表明在2212g/m~36g/m范围内，Kevlar纤维膜密度越大，粘接层中参与桥联作用的有效Kevlar纤维数量越多，对界面的增强效果越好。关键词：碳纤维复合材料，Kevlar纤维，表面预处理，DCB试验iAbstractCarbonfibercompositesarew

6、idelyusedintheaerospaceandautomotiveindustriesduetotheirhighspecificstrengthandstiffness.Thecarbonfiberlaminatedcompositesaremulti-layercarbonfibercompositestructurebasedonresinmatrix,inwhichtherearemulti-layeradhesivelayersandadhesiveinterfaces.Becauseofthebrit

7、tleoftheresinmatrix,thestrengthandfracturetoughnessoftheinterfacebetweencarbonfiberandresinmatrixispoor,whichbecomethekeyfactoraffectingtheoverallmechanicalpropertiesofthecomposites.Tosolvethisproblem,theKevlarfibers(aramidfibers)wereusedtoreinforcetheadhesivela

8、yersandtheinterfaces.Basedonthedoublecantileverbeam(DCB)test,thereinforcementmechanismoftheKevlarfibertothecarbonfibercompositeswasstudied.Themainresearchcontentsincl