UHMWPE緯編針織復(fù)合材料的力學(xué)性能研究.pdf

1、使用紡織結(jié)構(gòu)作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料稱(chēng)為紡織復(fù)合材料，由于其成本低、質(zhì)量輕等，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)等眾多領(lǐng)域。緯編針織物作為紡織復(fù)合材料增強(qiáng)體的一種，賦予了復(fù)合材料很多優(yōu)點(diǎn):如成型性、懸垂性和延伸性較好，具有優(yōu)良的抗沖擊性能和能量吸收性能等;UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纖維是繼碳纖維、芳綸纖維后的第三代高強(qiáng)高模纖維，以其杰出的耐磨性、優(yōu)異的抗沖擊性和較低的摩擦系數(shù)而備受人們親睞，是高性能復(fù)合材料優(yōu)選的增強(qiáng)纖維。本課題對(duì)UHMWPE纖維

2、緯平針織復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并采用有限元的方法模擬其沖擊性能，希望能為安全防護(hù)材料的進(jìn)一步探討提供一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論參考。
　　本課題采用UHMWPE復(fù)合長(zhǎng)絲為實(shí)驗(yàn)原料，以緯平針組織織物作為增強(qiáng)體，首先研究了UHMWPE纖維在針織機(jī)上的織造工藝，編織出符合試驗(yàn)要求的緯平針織物。選取目前較先進(jìn)的復(fù)合材料制備工藝VARTM（真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)）以及符合此工藝要求的低粘度、浸潤(rùn)性良好的環(huán)氧樹(shù)脂為基體，采用垂直鋪層方

3、式成功制備出三種不同層數(shù)（即4、6、8層）的緯平針結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
　　其次，對(duì)不同層數(shù)的緯平針織復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)分析，結(jié)果表明:總體力學(xué)性能上，4層復(fù)合材料的承受能力最差，6層的次之，8層的最好，說(shuō)明復(fù)合材料的層數(shù)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能影響較大。接著從試樣的損傷情況以及掃描電鏡微觀圖觀察發(fā)現(xiàn):復(fù)合材料均有不同程度的損傷，纖維有斷裂且出現(xiàn)少量抽拔，有輕微的分層現(xiàn)象。還對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了相同層數(shù)不同能量的沖擊以

4、及不同層數(shù)相同能量的沖擊研究，發(fā)現(xiàn)相同層數(shù)下，隨著沖擊能量的增大試樣破壞情況越嚴(yán)重;相同能量下，隨著層數(shù)的增加，試樣能夠承受的沖擊力也增大，即8層復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。
　　最后采用先進(jìn)的有限元模擬技術(shù)、ANSYS Workbench軟件對(duì)4層緯平針織復(fù)合材料進(jìn)行低速?zèng)_擊模擬，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，與實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象做比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象較吻合，有的損傷肉眼可以直接看到，然而有的損傷實(shí)際存在卻不被發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)復(fù)合材料的沖擊進(jìn)行模擬十分有必要