缝线捻度对链式缝合复合材料的浸润及力学性能影响.pdf

２０１３年第６期玻璃钢／复合材料缝线加捻后，首先，缝线纤维产生轴向螺旋压实，使缝线纤维取向偏离缝线束的轴向，缝线的拉伸性能无法完全体现出来，造成缝线的拉伸强度降低；其次，缝线束在加捻之后直径减小，缝线与树脂的接触界面减少，使得缝线在与树脂的脱离，摩擦过程中耗散的外部能量减少，层间更容易发生破坏，剪切强度降低。因此缝线捻度越高，缝线的拉伸程度下降越明显，缝线直径越小，层间剪切强度越小。３结论通过对不同捻度缝线链式缝合板的拉伸、弯曲及层间剪切性能及破坏模式和不同捻度缝线与树脂界面结合ＳＥＭ形貌的分析，得到以下结论：（１）较低捻度的缝线都可以较好地被树脂浸润，内部产生缺陷的可能性较小，而相对高捻度的缝线丝束内部浸润树脂困难，容易产生缺陷；（２）链式缝合板拉伸呈脆性断裂，拉伸破坏处基本都处于针脚富脂区，缝线捻度增加，容易导致缝线自身受到的实际张力减小，富脂区尺寸因此减小，使得拉伸破坏裂纹传递至其他位置，拉伸强度增加，拉伸强度在缝线捻度为８０次／米时达到最高值７８８ＭＰａ；（３）链式缝合版弯曲破坏都发生在受压面，缝线捻度的升高使得缝线直径减小，减小了针脚处的富脂区尺寸，降低了碳纤维屈曲程度，减小了层问空隙，阻碍了弯曲破坏裂纹的产生和扩展，弯曲强度提高。在缝线捻度为８０次／米时，弯曲强度达到最高值６８４ＭＰａ；（４）缝合板层间剪切强度受缝线的拉伸、缝线与树脂的脱离及缝线断裂三个方面的影响，缝线捻度增加，降低了缝线的拉伸强度，减少了缝线与树脂的接触面，缝合板的剪切强度降低，在捻度为８０次／米时达到最低值５１．４ＭＰａ。由本文研究结论可以看到，缝线加捻产生的缝线直径变化对缝合板产生的力学性能影响起关键作用，缝线直径越小，对缝线外部的碳纤维产生的影响越小，从而对缝合复合材料力学性能提高产生积极作用，但同时缝线捻度会影响缝线本身拉伸强度及缝线内部树脂渗透缺陷的产生，从而对缝合复合材料产生负面影响，因此选择适当的较低捻度（一般不超过８０次／米）对缝线加捻，可以提高缝合复合材料的力学性能。参考文献［１］严柳芳．双轴向经编增强织物缝合工艺对复合材料力学性能的研究［Ｄ］．上海：东华大学，２００６．［２］金春华．缝合复合材料的力学性能研究［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２００６．［３］艾涛，王汝敏．Ｋｅｖｌａｒ缝合复合材料的研究进展［Ｊ］．材料导报，２００５，１９（１）：６４－６６．［４］王春敏，董娟，董孚允．缝合复合材料的力学性能［Ｊ］．纤维复合材料，２００２，１（１８）：１９－２２．［５］ｃ．Ｃ．Ｐｏｅ，Ｊｒ，Ｈ．Ｂ．Ｄｅ￣ｅｒ，Ｉ．Ｓ．Ｒａ＿ｊｕ．ＡＲＥＶＩＥＷＯＦＴＨＥＮＡＳＡＴＥＸＴＩＬＥＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳＲＥＳＥＡＲＣＨ［Ｍ］．Ｈａｍｐｔｏｎ，Ｖｉｒ－ｇｉｎｉａ：ＮＡＳＡＬａｎ￣ｅｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，２３６８１４）００１．［６］吴杨，段跃新．缝纫参数对缝纫平纹玻璃纤维织物复合材料弯曲性能的影响研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１１，ｌ１（６）：２４－２７．［７］孙其永，李嘉禄，焦亚男．三维编织物的缝合连接技术研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００８，５（３）：５０－５２．［８］牛天军，陈南梁．复合材料用缝合线的拉伸与摩擦性能研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００８，３（２）：１６－１９．［９］程小全，赵龙．缝合复合材料可用性一简单层合板的基本性能—［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００３，２９（１１）：１００２１００５．—［１０］程小全，郦正能，寇长河．缝合复合材料可用性一般层合板的基本性能［Ｊ］．复合材料学报，２００４，２１（４）：７２－７５．［１１］张晓晶，杨慧，汪海．细观结构对缝合复合材料力学性能的影响分析［Ｊ］．工程力学，２０１０，２７（１０）：３４－４０．［１２］徐建新，王春水，李强等．缝合复合材料层合板面内拉伸强度的分析［Ｊ］．中国民航大学学报，２０１０，２８（１）：１９－２１．［１３］徐萍，李发学，俞建勇．缝纫工艺对缝纫复合材料弯曲性能的影—响［Ｊ］．东华大学学报，２０１１，３７（２）：１６３１６４．［１４］焦亚男，李嘉禄，孙其永．缝合连接三维编织复合材料弯曲破坏—形式分析［Ｊ］．固体火箭技术，２０１０，３３（１）：１０４１０７．［１５］尹昌平，李建伟，刘均等．缝合／ＲＴＭ复合材料层合板的力学性—能研究［Ｊ］．２００７，２１（１１）：１３６１３８．［１６］Ｙ．Ｊ．ＷＡＮＧ．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｔｉｔｃｈｅｄＭｕｈｉａｘｉａｌＦａｂｒｉｃＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＦｒｏｍＭａｎｎｕａｌＬａｙｕｐＰｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００２，９：８１－９７．［１７］Ｃ．Ｃ．Ｐｏｅ，Ｊｒ．ＭＥＣＨＡＮＩＣＳＭＥＴＨＯＤＯＬＯＧＹＦＯＲＴＥＸＴＩＬＥＰＲＥＦＯＲＭＣＯＭＰＯＳＩＴＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳ［Ｍ］．Ｈａｍｐｔｏｎ：ＮＡＳＡＬａｎｇｌｅｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ．２３６８１＿ｏ０Ｏ１．［１８］Ｖ．ＳａｎｎａＡｗａ，ＲｏｂｅｒｔＬ，Ｓａｄｌｅｒ．ＴｅｎｓｉｌｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴｅｘｔｉｌｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｍ］．ＧｒｅｅｎｓｂｏｒｏＮＣ：ＭａｒｓＭｉｓｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，—Ｎ９３１４７５４．［１９］益小苏，杜善义，张立同．复合材料手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２ｏｏ９．１５２．１５３．颤ｌ啦缝线捻度对链式缝合复合材料的浸润及力学性能影响２０１３年９月ＩＮＦＬＵＥＮＣＥｏＦＴＷＩＳＴ．ＮＵＭＢＥＲｏＮＳＡＴＵＲＡＴＩｏＮＡＮＤＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳｏＦＣＨＡＩＮ．ＳＴＩＴＣＨＣｏＭＰｏＳＩＴＥＳ——ＣＨＥＮＪｉｐｉｎｇ。ＳＵＪｉａｚｈｉ．ＺＨＥＮＧＹｉ．ｚｈｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＡｉｒｃｒａｆｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＫｅｖｌａｒ－２９ｆｉｂｅｒｙａｍｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｓｔｉｔｃｈｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌａｍｉｎａｔｅｐｅｒｆｏｒｍｓ—ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｉｔｈｃｈａｉｎｓｔｉｔｃｈｓｔｙｌｅ，ａｎｄｔｈｅｎｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｍｗｉｔｈＶＡＲＩ（ｖａｃｕｕｍａｓｓｉｓｔｅｄｒｅｓｉｎｉｎｆｕｓｉｏｎ）．Ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｌｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎｏｆＫｅｖｌａｒｙａｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒｓｉｎｔｈｅｒｅｓｉｎｍａｔｒｉｘｗａｓａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｔｉｔｃｈｅｄｌａｍｉｎａｔｅｗｉｌｌｅｎｈａｎｃｅｉｎｖａｒｙｉｎｇｄｅｇｒｅｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒｗｈｉｃｈｔｈｅｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｌｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ，ｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｔｉｔｃｈｅｄｌａｍｉｎａｔｅ（８０ｍ）ｅｎｈａｎｃｅ２．５％ａｎｄ９％ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｓｔｉｔｃｈｅｄｌａｍｉｎａｔｅ（２０ｍ），ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｌｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｅｓ１２％．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ．ｔｈｅｒｅｓｉｎｃａｎｓａｔｕｒａｔｅｔｈｅＫｅｖｌａｒｙａｒｎｓｗｅｌｌｗｈｅｎｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒｉＳｌｏｗｗｈｉｃｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｗｉｌｌｂｅｏｐｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｈｉｇｈｔｗｉｓｔｎｕｍｂｅｒ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈａｉｎｓｔｉｔｃｈ；ｔｗｉｓｔ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｌｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓａｔｕｒａｔｅ（上接第４７页）ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮＯＦＡＨＩＧＨＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ－ＲＥＳｉＳＴＡＮＴＢｌＳＰＨＥＮｏＬＡⅨＴＹＰＥ２Ｈ．ＣＨＲｏＭＥＮＥＲＥＳＩＮＳＡＳＴＨＥＭＡＴＲｏＦＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳＣＨＥＮＧＫａｉ，ｒＡＮＧＧｕａｎｇ，ＧＡＯＬｏｎｇ－ｆｅｉ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｉｓｐｈｅｎｏｌＡｔｙｐｅ２Ｈｂｉｃｈｒｏｍｅｎｅｒｅｓｉｎｓ（ＢＣＡｒｅｓｉｎｓ）ｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｅａｔｉｎｇｂｉｐｒｏｐ－—℃ａｒｇｙｌｅｔｈｅｒｂｉｓｐｈｅｎｏｌＡ（ＢＰＡ）ｉｎｉｎｆｒａｒｅｄｒａｙｏｖｅｎａｔ１８５ｆｏｒ３ｈ．ＴｈｅｃｕｒｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＢＣＡｒｅｓｉｎｓｗｅｒｅｓｔｕｄ．ｉｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｃａｎｎｉｎｇｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ（ＤＳＣ）．Ｉｔｓｈｏｗｅｄｔｈｅｃｕｒｅｄｅｎｔｈａｌｐｙｗａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏ６２０Ｊ／ｇｆｏｒＢＣＡｒｅｓ－ｉｎ．ＴｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｕｒｅｄＢＣＡｒｅｓｉｎｗａｓａｌｓｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓ（ＴＧＡ）．Ｔｈｅｒｅ－ｓｕｈｓｏｆＴＧＡｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｒｅｄＢＣＡｒｅｓｉｎｐｏｓｓｅｓｓｅｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＢＣＡｒｅｓｉｎｓ，ｔｈｅｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｖｉａｐｒｅｓｓｍｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＩｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＥｐｏｘｙｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓ－ｉｔｅｓ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｆＢＣＡｒｅｓｉｎｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｈｉｇｈｅｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｄｔｏ５８０ＭＰａ，２４．７ＧＰａａｎｄ４０ＭＰａｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎａｌ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｍｅ－ｃｈａｎｉｃａｌｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ（ＤＭＴＡ）ｉｎｄｉｃａｔｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈａｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：２Ｈｃｈｒｏｍｅｎｅ；ｐｒｏｐａｒｇｙｌ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｉｎｆｒａｒｅｄｈｅａｔｉｎｇ删