三維編織石英纖維增強復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、纖維增強復合材料具有良好的力學性能，如高比強度、高比剛度等。在眾多纖維增強復合材料中，層合板復合材料是應用非常普遍的材料，其面內力學性能良好，但層合復合材料也具有顯著的缺點，即層間抗剪切力差，這在很大程度上限制了層合復合材料的使用。為了克服這個缺點，三維編織復合材料應運而生。除了具有傳統(tǒng)纖維增強復合材料的力學特點外，三維編織復合材料最顯著的特點就是具有良好的抗剪切性能，因此被廣泛應用于航空、航天、軍事等領域。
　　 本文以三維編

2、織石英纖維預制件為增強體，綜合性能良好的環(huán)氧樹脂為基體，采用真空輔助成型工藝(Macuum Assisted Resin TransferMolding)制備了三維編織石英纖維增強環(huán)氧樹脂基(SiO2/EP)復合材料。對其力學性能、纖維表面處理的影響、環(huán)氧樹脂固化工藝以及分形理論在復合材料彎曲斷裂機理定量分析中的運用進行了系統(tǒng)研究。
　　 通過對石英纖維單纖維復合材料進行研究發(fā)現(xiàn)，單纖維復合材料的界面剪切應力與拉伸應變之間存在正

3、相關的關系，以此為基礎，并結合SPSS數(shù)據(jù)分析軟件尋找出石英纖維最佳化學表面處理工藝。石英纖維表面的SEM圖像以及其紅外光譜、X衍射分析得知，化學表面處理改變了石英纖維表面的物理和化學狀態(tài)。力學性能測試結果表明，化學表面處理對三維編織SiO2/EP復合材料具有良好效果，不但提高了材料的界面結合強度，而且改善了其拉伸和彎曲性能。
　　 為了獲得內部交聯(lián)結構均一和交聯(lián)密度均勻的環(huán)氧樹脂固化體系，借助差式掃描量熱儀(DSC)對環(huán)氧樹脂

4、體系動態(tài)固化行為進行檢測。利用Kissinger方程、Crane方程和Ozawa方程，對環(huán)氧樹脂的固化反應過程機理和主要工藝參數(shù)(固化溫度和固化時間等)進行探討，成功建立了描述其固化過程的數(shù)值模型，為模擬各種工藝條件下的樹脂內部參數(shù)變化過程以及監(jiān)控其固化過程提供了重要理論依據(jù)。
　　 本文還對分形理論在三維編織SiO2/EP復合材料彎曲斷裂失效機理定量分析中的應用進行了研究。利用MATLAB語言進行編程，對三維編織SiO2/EP

5、復合材料的彎曲斷面形貌SEM圖像進行灰度調整、特征檢測、邊界識別等相關數(shù)字化圖像處理，最終得到其斷面形貌的二值圖像。然后結合分形理論基本原理，利用計盒維數(shù)法求解其斷面形貌二值圖像的分形維數(shù)Df。經(jīng)過三種不同工藝處理的復合材料的斷面分形維數(shù)都大于1，具有分形特征。同時其斷裂具備明顯的塑性斷裂特征，這與實際三點彎曲試驗中觀察到的現(xiàn)象一致。由此可見，分形維數(shù)Df值可以作為一個表征復合材料斷口基本特征的定量參數(shù)。
　　 本文研究了表面處