高性能纤维混杂方式和混杂复合材料性能关系的研究

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1、浙江理+I：人学硕十学位论文高性能纤维混杂方式与混杂复合材料性能关系的研究摘要混杂纤维增强复合材料是材料设计与研究多元化发展的产物。由于其具有单一纤维增烂复台材料不具备的优异特性而引起了人们的广泛关注，开展这方面的研究对于实现低成本复合材料和提高复合材料的性能具有重要的意义。本文通过改变混杂方式设计了14种不同的混杂线型，在改进的普通剑杆织机上成功试织了22块3D纺织结构预制件，并采用真空辅助成型工艺制成混杂纤维增强复合材料板材。对混杂纤维增强复合材料板材的树脂渗透性、拉伸性能及抗冲击性能进行测试与分析。主要工作及所获得的结论如下：(1)设计3种混杂方式：包覆纱芯纱中涤

2、纶纤维和玻璃纤维混杂比的设计：3D机织结构中经纱，纬纱和垂纱不同原料交织混杂的设计；包覆纱外包涤纶的缠绕方式(单向缠绕和交叉缠绕)的设计。(2)给出空芯结构和普通3D结构中不同组分纤维混杂时混杂纤维增强复合材料纤维体积分数的计算方法。(3)采用真空辅助成型工艺制成了22块混杂纤维增强复合材料板材。通过改变树脂导入管和导出管的位置，大大改善了板材的表面枯燥，不平整现象。对灌注时树脂渗情况进行研究，得出树脂胶液的渗透是与真空环境密切相关的，涤纶含量的多少和预制件的结构对树脂渗透性能影响不是很大。(4)通过对纱线包覆原理的分析，首次提出了两步包缠混合纤维的缠绕方式，即纱线的交

3、叉包缠。通过扫描电镜对织造过程中的纱样分析表明：交叉包缠可以有效保护芯线的磨损，防止外包纱圈的滑脱，改善了织造过程中纱线的耐磨性和复合材料板材的抗冲击性。(5)对混杂纤维增强复合材料的抗冲击性能的研究发现：在其他参数相近的前提下，玻璃纤维中加入涤纶进行合理混杂，可以提高混杂纤维增强复合材料的能量吸收性能，产生正的混杂效应；在3D垂向角连锁结构中用碳纤维分别作为经纱、纬纱和垂纱可以提高单一玻璃纤维增强复合材料的抗冲击性能，该结构中纬纱为碳纤维的板材抗冲击性能最好；与经纱为碳纤维的复合材料板材相比，垂纱为碳纤维的抗冲击性能要稍高，可见垂纱为碳纤维时产生的混杂效应要比经纱为碳

4、纤维时明显；外包涤纶的交叉包缠可以提高单向包缠浙江理一1：人学硕十学位论文时复合材料的抗冲击性。(6)对混杂纤维增强复合材料板材拉伸性能的研究表明：当涤纶含量在23．529％一72．368％范围内变化时，混杂纤维增强复合材料的断裂伸长率均高于单一玻璃纤维增强复合材料的断裂伸长率，表现出了明显的混杂效应；试样的抗拉强度与包覆纱中涤纶的百分含量呈二次方的关系，在涤纶含量60．682％时抗拉强度会出现低谷，此时复合材料发生两次断裂，这在一个承力结构中一般是不能允许的。实际生产中，我们应从生产成本和材料最终用途出发，选择合适的混杂比。关键词：混杂纤维增强复合材料；3D机织物；混

5、杂效应；拉伸性能：抗冲击性能2浙江理’T：人学硕十学位论文StudyontheRelationshipbetweenMixStylesofHigh-·PerformanceFibersandPropertiesofHFRPAbstractttybridFiberReinforcedPlastics(HFRP)istheoffspringofdevelopmentdiversityofmaterialdesignandresearch．ItisofcatholicconcgTnforitsexcellentpropertieswhichsinglefiberreinfor

6、cedplastics(FRP)don’thave．Theresearchinthisfieldmeansagreatdealtoachievelow—costcompositeandimproveitsperformances．Afterfourteenmixedlinersbeingdesignedbychangingmixstyles，twenty-twopiecesof3DWOVenfabricperformwerewovenonimprovedcommonrapierloom，andmadeintohybridfiberreinforcedplasticspl

7、atesusingVacuumAssistedResinInfusion(VARI)．Thentestsandanalysiswerecarriedonfortheirresinpermeability,tensileproperties，andimpactresistanceperformance．Themaintasksandconclusionsareasfollowed：(1)Threemixstylesweredesigned：thehybridratioofpolyesterfiberandglassfiber；differe