含孔三維機織玻纖-環(huán)氧復合材料力學性能的研究.pdf

1、由于復合材料具有的低密度，高強度的優(yōu)點，目前已經被越來越廣泛的應用在汽車制造，航空航天，新能源，建筑等領域。尤其是汽車車身，航空發(fā)動機葉片這些部件越來越追求輕量化，但對于強度還有很高的要求，在這些部件上使用連續(xù)長纖維增強型復合材料已經成為一種發(fā)展趨勢。一些國際大公司已經實現了在量產零部件上使用高性能復合材料，來替代金屬。在上述產品生產組裝的過程中不可避免需要開孔，比如使用螺栓將各個零部件連接固定到一起。為了保證開孔后，零部件的強度，安全

2、等性能依然達標，研究含孔復合材料的力學性能是非常有必要的。
　　本文使用玻璃纖維機織物作為復合材料的增強體，環(huán)氧樹脂作為復合材料的基體，這兩者都是目前應用非常廣泛的材料。通過三維織機制備二維和三維機織物，使用真空輔助成型技術制備出玻纖復合材料，通過預成形孔和普通鉆孔兩種開孔方法制備出了不同孔徑的三維機織玻纖增強復合材料。分別測試所有復合材料的拉伸性能和彎曲性能。
　　對比二維和三維普通鉆孔復合材料的拉伸和彎曲性能，三維機織復

3、合材料拉伸強度和彎曲強度分別為294.24MPa和367.38MPa，遠高于二維機織復合材料的192.56MPa和253.55MPa。三維機織復合材料的拉伸和彎曲斷裂應變分別為5.68％和5.80%，也明顯高于二維機織復合材料的4.10%和2.58%。這主要是由于三維機織復合材料中經緯紗線處于非交織的伸直狀態(tài)，以及由于三維機織物中 Z紗的存在，使復合材料更具有抗沖擊性，不易發(fā)生分層；對比三維普通鉆孔和三維預成形孔復合材料的拉伸和彎曲性能

4、，三維預成形孔復合材料拉伸強度和彎曲強度分別為308.34MPa和491.64MPa高于三維普通鉆孔復合材料的284.99MPa和329.58%。三維預成形孔復合材料的拉伸和彎曲斷裂應變分別為6.29%和5.33%，高于三維普通鉆孔復合材料的4.92%和4.72%。這主要是由于預成形孔工藝是紗線繞過圓形模具，紗線本身依然保持連續(xù)，鉆孔時鉆頭不需要克服撕破紗線的阻力，這樣對復合材料整體造成的振動和沖擊都比普通鉆孔工藝要小，最大限度的保留了

5、復合材料原有的力學性能。除此之外，在孔的兩側，玻璃纖維的體積分數是提高的，玻璃纖維本身的力學性能優(yōu)于樹脂，其體積分數的提高有利于復合材料整體力學性能的提高；對比不同孔徑的復合材料的力學性能，發(fā)現對于普通鉆孔復合材料，隨著孔徑增大（0mm，4mm，6mm），力學性能下降，如拉伸強度從294.24MPa，下降到268.06MPa。彎曲強度從367.38MPa，下降到324.20MPa。這是應力集中效應造成的。而對于預成形孔復合材料，隨著孔徑

6、增大，玻璃纖維在孔兩側的體積分數也隨著增大，這有利于提高復合材料力學性能，與應力集中產生的效果相反，所以不同的觀測值在孔徑增大的情況下表現出不同的趨勢。
　　通過觀察斷面圖，發(fā)現在復合材料斷裂時發(fā)生了纖維的斷裂，基體的開裂，纖維與基體的脫離等現象。二維機織復合材料，更容易發(fā)生分層現象。并且三維的復合材料中纖維斷裂更加整齊，二維復合材料中的斷裂纖維的長短不一，斷裂一致性差。這表明伸直狀態(tài)下，更有利于樹脂對纖維的浸潤，增強了樹脂與纖維