非热压罐预浸料T700SC／#2510层板的低速冲击损伤特性.pdf

　７４　　非热压罐预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０层板的低速冲击损伤特性　　２０１５年９月　　　　非热压罐预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０层板的低速冲击损伤特性　　　　孔德拴，管国阳　　　　　　　　　　　（１．中航通飞研究院有限公司，珠海５１９０４０；２．南昌大学，南昌３３００３１）　　　　　　　　　　　　　　　　　摘要：通过试验研究了一种非热压罐（ＯｕｔｏｆＡｕｔｏｃｌａｖｅ，简称ＯＯＡ）预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０层压板的低速冲击损伤特性。　——　针对三种典型铺层方案，获得了层压板的凹坑深度一单位厚度冲击能量（ｄｅ）、损伤面积一单位厚度冲击能量（Ｓｅ）和冲击后压缩—　　　强度一凹坑深度（ｏｒｄ）曲线，以及三个批次的该ＯＯＡ预浸料准各向同性层压板在标准冲击能量６．７Ｊ／ｍｍ下的剩余压缩强度结　　　　——　　果。结果表明，Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０材料体系冲击表面损伤不明显，但内部损伤却较大；该ＯＯＡ预浸料的ｄｅ曲线、Ｓｅ曲线和ｒ，一ｄ　　　　　　　　　　　　　　　曲线均存在拐点现象；准各向同性铺层可以吸收更高的冲击能量，但也导致了更大的内部分层损伤；该ＯＯＡ预浸料的ＣＡＩ强　　　　　度满足第二代ＯＯＡ预浸料的指标。　关键词：非热压罐预浸料；碳纤维／环氧复合材料；低速冲击损伤；冲击后压缩　　中图分类号：ＴＢ３３２；Ｖ２５８　　文献标识码：Ａ　　—　文章编号：１００３０９９９（２０１５）０９－００７４－０３　　　随着我国低空空域的逐步开放，高性能、低成本的通用飞机的需求不断增加¨　　－３］。非热压罐（Ｏｕｔｏｆ　　　　Ａｕｔｏｃｌａｖｅ，简称ＯＯＡ）预浸料成型技术作为复合材　　　料低成本化应用的关键技术，可以大幅降低通用飞　　　　　机的制造成本。但由于其固化温度低、成型压力小，　　　会降低制件的纤维体积含量，孔隙率高，进而影响材　　　　料的韧性。韧性相对于热压罐降低约３％～４％ｌ４Ｊ。　　　　　　　　　低速冲击损伤性能（包括损伤阻抗和损伤容　　限）是评价复合材料体系韧性的重要指标。本文对一　　　　种２ｘ２平面编织、碳纤维增强环氧树脂基ＯＯＡ预　　　　浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０，１９０ｇ／１ＴＩ，层压板的低速冲击损　　　　伤特性进行了试验研究，选取了三种典型铺层，冲击　　　能量范围从层压板出现初始损伤一直到穿透损伤，　　　　研究了凹坑深度、损伤面积、剩余压缩强度与单位厚　　　　　度冲击能量的关系。并在标准的冲击能量和铺层　　　下，比较了ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０的冲击后压　　　　　缩强度（ＣＡＩ）试验数据和国外数据Ｊ，对该材料的　低速冲击损伤韧性进行了综合分析。　　１工艺方法　　ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０是一种中温固化碳　　　　　纤维／环氧树脂预浸料，采用固化炉固化、真空袋压　　　　　　力成型。工艺曲线如图１所示。制袋工艺依据文　献［５］。　４０　ｌ２　ｔ　０　一　一　一　一　０　４０　　　　　　　　　８０１２０Ｉ６０２００２４０　Ｔｉｍｅ／ｍｉｎ　　０．８＜　誊０．６§　　毫　　　０４。　　０２　　　　　　图１ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０的固化工艺曲线　　　　　　　　　Ｆｉｇ．１ＣｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆＯＯＡｐｒｅｐｒｅｇＴ７００ＳＣ／＃２５１０　　２冲击后压缩试验和无损检测　　　　落锤冲击试验参考ＡＳＴＭＤ７１３６Ｍ．０７标准，冲　　　　击后压缩试验参考ＡＳＴＭＤ７１３７．０７，试验件尺寸为　　　　１５０ｍｍ￣ｌＯＯｍｍ。试验在南昌大学工程力学试验中　　　　　心完成，落锤试验机型号为ＳＡＮＳ．ＺＣＪ３００，冲头直　　　　径为１６ｍｍ，通过改变落锤质量和落锤高度调节冲　　　　击能量；压缩试验机型号为ＣＭＴ５１０５。冲击后立刻　　采用百分表测量凹坑深度。　　含冲击损伤试样的无损检测在南昌航空航天大　　　学无损检测技术教育部重点实验室完成，检测设备　　—　　　　　型号为ＵＴＦＳＣＡＮ一１水浸式超声波Ｃ扫描检测系　　　统。探头直径为２０ｍｍ，频率为５ＭＨｚ。　　　　　　　　三种典型铺层为：典型铺层上限［０／９０／０／９０／　　——　收稿日期：２０１５０４２２　　　—　基金项目：通用飞机玻璃纤维复合材料结构检测与维修技术研究（ＭＪＺ－Ｙ一２０１３０５）　　　　　　　　　作者简介：孔德拴（１９８８．），男，硕士，工程师，主要从事飞机复合材料结构设计、分析和适航取证等相关工作。　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１５。Ｎ协９　７６　　非热压罐预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０层板的低速冲击损伤特性　　２０１５年９月　　　　　　次的ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０进行了ＣＡＩ试验，　　　　　　结果见表１。由参考文献［４］知，Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０的　　　ＣＡＩ性能满足第二代ＯＯＡ预浸料的指标。　　　　　　表１ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０ＣＡＩ试验结果　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１ＣＡＩｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆＯＯＡｐｒｅｐｒｅｇＴ７００ＳＣ／＃２５１０　４结　论　　（１）ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ一１２Ｋ一５０Ｃ／＃２５１０层压　　板的冲击损伤阻抗和损伤容限性能存在明显的拐点　　现象；　　（２）各向异性明显的层压板具有更高的损伤阻　　抗性能；　　　（３）铺层方案对ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０体　　系的损伤容限性能基本无影响；　　　　（４）ＯＯＡ预浸料Ｔ７００ＳＣ／＃２５１０体系ＣＡＩ性能　　　满足第二代ＯＯＡ预浸料的指标。　参考文献　　　　　［１］杜善义．先进复合材料与航空航天［Ｊ］．复合材料学报，２００７，２４—　（１）：１１２．　　　　　　　［２］林德春，潘鼎高健，陈尚开．碳纤维复合材料在航空航天领域的　　　—　应用［Ｊ］．玻璃钢，２００７，（１）：１８２８．　　　　　　［３］刘代军，陈亚莉．航空高性能低成本树脂基复合材料的发展［Ｊ］．　　—　材料工程，２００９，增刊（２）：１０１１０３．　　　　　［４］王旭．非热压罐预浸料成型技术的研究与发展［Ａ］．第十四届中　　　　　　　　国科协年会第１１分会场：低成本、高性能复合材料发展论坛论　　文集［ｃ］．——　　　　　［５］ＡＧＡＴＥ－ＷＰ３－３０３３０５１１３１，Ａ－ＢａｓｉｓａｎｄＢ－ＢａｓｉｓＤｅｓｉｇｎＡｌｌｏｗａｂｌｅｓ　—　　　　　　　ｆｏｒＥｐｏｘｙ－ＢａｓｅｄＰｒｅｐｒｅｇＴ７００ＳＣ－－１２Ｋ５０Ｃ／＃２５１０ＰｌａｉｎＷｅａｖｅ　Ｆａｂｒｉｃ［ｓ］．　　　　　［６］罗靓，沈真，等．炭纤维增强树脂基复合材料层合板低速冲击性　　　能实验研究［Ｊ］．复合材料学报，２００８，２５（３）：２Ｏ．２４．　　　　　　　　　［７］ＣｅｓｉｍＡｔａｓ，ＯｎｕｒＳａｙｍａｎ．Ａｎｏｖｅｒａｌｌｖｉｅｗｏｎｉｍｐａｃｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆ　　　　　ｗｏｖｅｎｆａｂｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，　（８２）：３３６－３４５．　　　　　［８］Ｍ．Ｏ．ＷＲｉｃｈａｒｄｓｏｎ，Ｍ．Ｊ．Ｗｉｓｈｅａｒｔ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｌｏｗ－ｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔ　　　　　　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＡ，１９９６，（２７Ａ）：１１２３．¨　３１．　　　　　—　［９］ｗ．Ｊ．Ｃａｎｔｗｅｌｌ，Ｊ．Ｍｏｒｔｏｎ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉ—　—　ａｌｓａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９１，２２（５）：３４７３６２．　　　　—　［１０］Ｎ．Ｋ．Ｎａｉｋ，Ｙ．ＣｈａｎｄｒａＳｅｋｈｅｒ，ＳａｉｌｅｎｄｒａＭｅｄｕｒｉ．ＤａｍａｇｅｉｎＷＯＶ—　　　　　　ｅｎｆａｂｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｌｏｗ－ｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　—　ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，（６０）：７３１７４４．　　　　　　［１１］Ｌ．Ｉａｎｎｕｃｃｉ，Ｍ．Ｌ．Ｗｉｌｌｏｗｓ．Ａｎｅｎｅｒｇｙｂａｓｅｄｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｃｓａｐ．　　　　　　　　　ｐｒｏａｃｈｔｏｍｏｄｅｌｉｎｇｉｍｐａｃｔｏｎｔｏｗｏｖｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｐａｒｔ　　　　　１／．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＰａｒｔＡ，—　２００７，（３８）：５４０５５４．　　　　　［１２］Ｃ．Ｆ．Ｌｉ，Ｎ．Ｈｕ，Ｙ．Ｊ．Ｙｉｎ，ｅｔａ１．Ｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔｉｎｄｕｃｅｄ　　　　　　　　ｄａｍａｇｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓ．ＰａｒｔＩ．　　　　　ＡｎＦＥＭｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＰａｒｔＡ，２００２，（３３）：—　１０５５１０６２．　　　　　　　［１３］梅志远，朱锡，张立军．ＦＲＣ层合板抗高速冲击机理研究［Ｊ］．　—　复合材料学报，２００６，２３（２）：１４３１４９．　　　　　　［１４］Ｃ．Ｓｏｕｔｉｓ．Ｆｉｂｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．　　　—　ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００５，（４１）：１４３１５１．　　　　　　［１５］燕瑛，曾东．复合材料层板低速冲击剩余强度的研究［Ｊ］．航空　—　学报，２００３，２４（２）：１３７１３９．　’　　　　　　　　　　ＬＯＷ－ＶＥＬＯＣｆｌＹＩＭＰＡＣＴＰＥｌＵｌＵＲＭＡＮＣＥＯＦＯＵＴＯＦＡＵＩＩＩ×　　’　　　　　：ＬＡＶＥＰＲＥＰＲＩ；ＳＹＳＩ：Ｍ１７０ＯＳ（　ｌＯ　—　　　　ＫＯＮＧＤｅｓｈｕａｎ．ＧＵＡＮＧｕｏ．ｙａｎｇ　　　　　　　　　（１．ＣｈｉｎａＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＧｅｎｅｒａｌＡｉｒｃｒａｆｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｕｈａｉ５１９０４０，Ｃｈｉｎａ；　　　　２．ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３１，Ｃｈｉｎａ）　　　　—　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｏｃｕｍｅｎｔｔｅｓｔｅｄｔｈｅｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ（ｄａｍａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｄａｍａｇｅｔｏｌｅｒａｎｃｅ）　　　　　　　　　　　　　　ｏｆａｎＯｕｔｏｆＡｕｔｏｃｌａｖｅ（ＯＯＡ）ｐｒｅｐｒｅｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｙｓｔｅｍｓＴ７００ＳＣ／＃２５１０．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｄｅｎｔｄｅｐｔｈ　　　　　—　　　　　　　—　ａｎｄｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙｐｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ（ｄｅ），ｄａｍａｇｅａｒｅａａｎｄｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙｐｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ（Ｓｅ），　　　　　　—　　　　　　　　　　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｆｔｅｒｉｍｐａｃｔａｎｄｎｏｔｃｈｄｅｐｔｈ（ｏｒｄ）ａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｃｌａｓｓｉｃｌａｙｕｐ．Ａｎｄｔｈｅｃｏｍ－　　　　　　　　　　　　　　—　　　ｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｆｔｅｒｉｍｐａｃｔｗｉｔｈ６．７Ｊ／ｍｍｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｒｅｅｂａｔｃｈｅｓｏｆｔｈｉｓＯＯＡｐｒｅｐｒｅｇｑｕａｓｉｉｓｏｔｒｏｐｉｃｌａｍｉｎａｔｅｓｉｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　ａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｙｓｔｅｍｓＴ７００ＳＣ／＃２５１０ｉｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　——　ｂａｒｅｌｙｖｉｓｉｂｌｅ，ｂｕｔｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｄａｍａｇｅａｒｅａｉｓｖｅｒｙｂｉｇ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｎｉｎｆｌｅｘｉｏｎｉｎａｌｌｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｏｆｄｅ，Ｓｅ　—　—　　　　　　　　　　　　　　ａｎｄｏｒｄ．Ｔｈｅｑｕａｓｉｉｓｏｔｒｏｐｉｃｌａｙｕｐｃａｎａｂｓｏｒｂｍｏｒｅｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙ，ｂｕｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｌａｒｇｅｒｄｅｌａｍｉｎａｔｉｎｇｄａｍａｇｅａｒｅａ．　　ＴｈｅＣＡＩｓｔｒｅｎｇ　　　　　—　　　　　　　　　　　ｔｈｏｆｔｈｉｓＯＯＡｐｒｅｐｒｅｇｑｕａｓｉｉｓｏｔｒｏｐｉｃｈａｓａｐｐｒｏａｃｈｅｄｔｈｅｔａｒｇｅｔｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＯＯＡｐｒｅｐｒｅｇ．　　　　　　—　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｕｔｏｆａｕｔｏｃｌａｖｅ（ＯＯＡ）ｐｒｅｐｒｅｇ；ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ；ｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；　　　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｆｔｅｒｉｍｐａｃｔ　　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０ｌ５．Ｎ９