三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响.pdf

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1、2014年第7期玻璃钢／复合材料69三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响李苏红，刘丽芳，阎建华外，俞建勇(1．东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620；2．东华大学纺织学院，上海201620；3．东华大学研究院，上海201620)摘要：通过7组实验比较和分析研究，评价了编织结构参数(如编织角，纤维体积分数，轴向纱数与编织纱数之比，三维四向／五向，厚度)对复合材料拉伸性能的影响，且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明，三维编织复合材料具有良好的力学性能，编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数

2、之比等对复合材料的性能有较大的影响；复合材料有两种破坏模式，一种是裂纹沿纤维束扩展，另一种是纤维束拉断，后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。关键词：三维编织；复合材料；破坏模式；拉伸性能；结构参数中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)07—0069—05l引言2实验编织结构复合材料是三维编织技术和现代复合2．1材料材料技术相结合的产物。它具有非常显著的性能，采用的纤维是TORAYCA@的T700S．12K碳纤如整体性好，较高的比强度、比刚度，抗冲击韧性和维，密度为1

3、．80cm，树脂为JC-02A环氧树脂，固化剂为JC-O2B改性酸酐。抗疲劳性好，能制造各种复杂的近净型预制件，具有2．2制作工艺优良的可设计性等。所以三维编织结构复合材料得2．2．1三维编织工艺到了越来越广泛地关注。近些年，国内外对三维编三维编织过程在三维编织机上完成，编织工艺织复合材料的力学性能进行了一系列研究，但为四步法1×1。实验中，在三维编织机上织造了两是由于三维编织复合材料的力学性能的影响因素较大类织物结构，分别为三维四向编织结构(包括不同多，如编织角、纤维体积分数、轴向纱数与编织纱数的编织角、不同的厚度、不同的纤维体

4、积分数)和三的比、厚度等，而相关的实验研究还不充分，尤其是维五向编织结构(不同的轴向纱数与编织纱数比厚度对编织复合材料力学性能的影响。本文较全面例)。地对具有不同编织结构参数的三维编织复合材料，2．2．2复合材料固化工艺包括三维四向和三维五向，在纵向进行了拉伸实验，采用VARTM(VacuumAssistedResinTransfer探讨了该类材料的刚度、强度随编织结构参数(如编Molding)工艺，即真空树脂传递模塑工艺制备复合材料。首先将JC-02A环氧树脂与JC-02B改性酸酐织角，纤维体积分数，轴向纱数与编织纱数之比，三按

5、质量比100：85进行混合，在一定的压强条件下将维四向，三维五向，厚度等)的变化规律及试件的失配好的树脂吸入模具内浸润预制件；最后将复合材效形式，分析了三维编织结构参数对复合材料拉伸料放置在一定温度下进行完全固化。力学性能的影响，从而丰富了三维编织复合材料的2．3物理性能力学性能数据库，并提供了三维编织复合材料设计2．3．1编织角的依据。三维编织预制件的表面状态如图1所示_1。收稿日期：2013-O9-22基金项目：上海市科委《上海市科技成果转化和产业化项目》(12521102400)作者简介：李苏红(1989-)，女，在读硕士研

6、究生，主要从事三维编织复合材料方面的研究。通讯作者：阎建华(1956一)，男，研究员，博士，主要从事三维编织复合材料制备技术开发及力学性能研究，jh_yan@dhu．edu．CYI。

7、／(·170三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响2014年7月式中，G为预制件的干重；p为纤维束的密度；、和分别为复合材料的宽度、厚度和长度。2．4拉伸测试2．4．1试样制作根据GB／T1447-2005{纤维增强塑料拉伸性能试验方法》以及ASTMD3039／D3039M-07《Stand—ardTestMethodforTensilePrope

8、rtiesofPolymerMatrixCompositeMaterials}，试片的形状和尺寸如图2所示。试件的两端均粘贴厚度为1mm的铝片，以消除试验机夹头对试件夹持端纤维的损坏。所测试件实际外形尺寸为测量工作段内任意5点的宽度和厚度，取其算术平均值。复合材料试片具体的编号和图1三维编织预制件的表面状态参数见表1。Fig．1Surfaceof3Dbraidedpreforms本文中的编织角指的是表面编织角。在编织过程中，编织角的测量误差较大，但花节长度的测量较准确且可在线及时调整。而编织角与预制件宽度、纱线排列和花节长度相关，

9、所以可以根据其之间的关系¨钊(式(1))计算出每件试样的编织角，如表1所示。图2三维编织复合材料试件的结构和尺寸tan：(1)Fig．2Geometryanddimensionsofthe3D式中，为编织角；W为预制件的宽度；为沿宽braidedc