内置光纤对复合材料性能的影响

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1、技术前沿．。。。愀。。。，。。。．内置光纤对复合材料性能的影响InfluenceResearchonCompositeMaterialsPropertiesofEmbeddingOpticalFibers上海复合材料科技有限公司郝旭峰李涛居建国郝旭蜂上海大学应用化学专业硕士。现从事碳纤维树脂基复合材料的成型工艺研究。纤维增强复合材料具有优异的比强度、比刚度、抗疲劳性能和耐久性，已广泛用于飞机的承力结构中。然而，由于在厚度方向没有增强体，复合材料对损伤非常敏感。高效的无损检测技术对于复合材料结构损伤

2、检查与持续监测有重要意义。将将光纤内置于纤维增强复合材料结构中。可以实现复合材料结构的实时健康监测。具有成本低、不受电磁干扰、能监测结构内部变化等特点。采用内置光纤实时监测复合材料结构的健康状态是复合材料结构无损检测技术的重要发展趋势。光纤内置于纤维增强复合材料结构中，可以实现复合材料结构的实时健康监测，具有成本低、不受电磁干扰、能监测结构内部变化等特点。采用内置光纤实时监测复合材料结构的健康状态是复合材料结构无损检测技术的重要发展趋势[I-5l与增强纤维相比，光纤的直径较大．如加上涂敷层是增强纤

3、维直径的十倍以上，埋人光纤会在复合材料中造成应力集中区，影响基体的完整性和连续性，造成复合材料力学性能的下降。因此，为实现光纤健康监测在复合材料结构上的应用．需优化内置光纤的布局、选择不同的光纤表面处理工艺．改善内置光纤与复合材料的表1复合材料测试标准相容性，减少内置光纤对复合材料力学性能的影响。试验部分1原材料碳纤维预浸布，CYCOM生产光纤，武汉理工大学材料学院提供。2复合材料制备将直径分别为250ttm、170p,m、160ttm与125¨m的表面涂覆光敏环氧丙烯酸酯的光纤植入复合材料层压板

4、中，所有埋置位置预留光纤以便加工，并保护光纤，完成后制作真空袋人热压罐固化制作复合材料，研究光纤直径对复合材料性能的影响。通过改变复合材料内置光纤的位置102航空制遗技术·2011年第20期工匡Q丝趟Q。Q鱼YEBQ丝I．jI茎．：堂与取向，研究内置光纤布局对复合材料性能的影响，获得对复合材料力学性能影响最小的内置光纤布局。3复合材料测试分别按照标准测试90。拉伸强度(光纤为900方向)与0。压缩强度(光纤为90。方向)，确定光纤直径的影响。按照标准(表1)测试光纤布局对复合材料性能的影响。结果与

5、讨论1光纤直径对复合材料性能的影响将直径分别为250Ixm、170斗m、160“m与125Ixm的表面涂覆光敏环氧丙烯酸酯的光纤植入复合材料层压板中，制作复合材料。分别按照标准测试90。拉伸强度(光纤为90。方向)与0。压缩强度(光纤为900方向)，以确定光纤直径的影响。碳纤维的直径一般为7斗m，而植入光纤的内径最高达250“m，为纤维直径的30倍之多。植入复合材料后，在光纤周围形成树脂聚集区，造成对复合材料性能的影响，如图1、图2，由图可知，随着埋入复合材料光纤直径的增大，复合材料的拉伸强度、压

6、缩强度逐渐减小，由于埋人光纤会在材料中造成应力集中区，影响基体的完整性和连续性，造成复合材料力学性能的下降。2内置光纤的布局对复合材料性能的影响由图l、图2可知，光纤直径的大小对复合材料力学性能的影响不同，光纤直径越小，对复合材料的影响较小。因此研究内置光纤的布局对复合材料性能的影响时采用125¨m的光纤。碳纤维复合材料结构件应用不同的部位时，产品承础山宴～魁赠世罐受的载荷不同，斟此研究不同光纤布局对复合材料各种力学性能的影响，降低植入光纤对复合材料的影响具有特别重要的意义。2．1光纤布局对复合材

7、料拉伸强度的影响通过制作0。与90。的复合材料试验板，其中光纤的排布分别为无光纤、0。、450、900，考查不同的光纤布局对材料拉伸强度的影响。试片切割过程中要求光纤位于试样的中间位置。由图3可以得出如下结论：(1)纤维方向为00时，随着光纤角度的增大，拉伸强度逐渐减小。在纤维方向不变的情况下，光纤随着角度的增大，位于试样中的光纤的长度必然减小，造成的树脂集中区的面积也减小，但复合材料00拉伸强度的主要贡献来自碳纤维。复合材料的拉伸强度随角度的增大逐渐减小，光纤毋山岂、趟想：壁辑日L=、赵骥婚幽由

8、0。到900的变化过程中强度减小了2％，对复合材料的影响较小。(2)纤维方向为900时，光纤的位置由0。增大到90。的过程中，复合材料的拉伸强度出现先增大后减小的趋势。这是由于未置光纤时拉伸强度的大小主要由树脂的拉伸强度决定。植入光纤后，拉伸强度主要光纤直径，unl图1光纤直径对复合材料拉伸强度的影响角度对山譬～划骥．昏辍光纤直径，斗nl图2光纤直径对复合材料压缩强度的影响(a)碳纤维方向为0。(b)碳纤维方向为90。图3不同光纤布局对0。、90。复合材料拉伸强度的影响2011年第