三維編織石英纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

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

2、織石英纖維預(yù)制件為增強(qiáng)體，綜合性能良好的環(huán)氧樹(shù)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(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基(SiO2/EP)復(fù)合材料。對(duì)其力學(xué)性能、纖維表面處理的影響、環(huán)氧樹(shù)脂固化工藝以及分形理論在復(fù)合材料彎曲斷裂機(jī)理定量分析中的運(yùn)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 通過(guò)對(duì)石英纖維單纖維復(fù)合材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，單纖維復(fù)合材料的界面剪切應(yīng)力與拉伸應(yīng)變之間存在正

3、相關(guān)的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，并結(jié)合SPSS數(shù)據(jù)分析軟件尋找出石英纖維最佳化學(xué)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(xué)表面處理改變了石英纖維表面的物理和化學(xué)狀態(tài)。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，化學(xué)表面處理對(duì)三維編織SiO2/EP復(fù)合材料具有良好效果，不但提高了材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，而且改善了其拉伸和彎曲性能。
　　 為了獲得內(nèi)部交聯(lián)結(jié)構(gòu)均一和交聯(lián)密度均勻的環(huán)氧樹(shù)脂固化體系，借助差式掃描量熱儀(DSC)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂

4、體系動(dòng)態(tài)固化行為進(jìn)行檢測(cè)。利用Kissinger方程、Crane方程和Ozawa方程，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)過(guò)程機(jī)理和主要工藝參數(shù)(固化溫度和固化時(shí)間等)進(jìn)行探討，成功建立了描述其固化過(guò)程的數(shù)值模型，為模擬各種工藝條件下的樹(shù)脂內(nèi)部參數(shù)變化過(guò)程以及監(jiān)控其固化過(guò)程提供了重要理論依據(jù)。
　　 本文還對(duì)分形理論在三維編織SiO2/EP復(fù)合材料彎曲斷裂失效機(jī)理定量分析中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。利用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)三維編織SiO2/EP

5、復(fù)合材料的彎曲斷面形貌SEM圖像進(jìn)行灰度調(diào)整、特征檢測(cè)、邊界識(shí)別等相關(guān)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(jié)合分形理論基本原理，利用計(jì)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(guò)三種不同工藝處理的復(fù)合材料的斷面分形維數(shù)都大于1，具有分形特征。同時(shí)其斷裂具備明顯的塑性斷裂特征，這與實(shí)際三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象一致。由此可見(jiàn)，分形維數(shù)Df值可以作為一個(gè)表征復(fù)合材料斷口基本特征的定量參數(shù)。
　　 本文研究了表面處