混編三維機(jī)織復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究.pdf

1、本文研究的目的：1)通過三維機(jī)織技術(shù)生產(chǎn)芳綸/玻璃纖維混編增強(qiáng)體并制作三維機(jī)織復(fù)合材料。2)分析復(fù)合材料的機(jī)械和介電性能與組分纖維混編形式之間的關(guān)系。 三維增強(qiáng)體，即三維織物的制造是在一種新型三維織機(jī)上進(jìn)行的。此類織造技術(shù)的特點(diǎn)是可同時形成多個梭口，一次投入多根緯紗，一個織造循環(huán)可形成預(yù)形體所需厚度；所得織物結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。為研究組分纖維含量與材料性能的關(guān)系，制作了五種具有不同芳綸與玻纖層數(shù)比的增強(qiáng)體。其中兩種分別

2、為純芳綸增強(qiáng)體和純玻纖增強(qiáng)體，對應(yīng)的復(fù)合材料為PAC和PGC．其它三種為玻纖層位于中間，芳綸纖維層位于兩邊的對成分布結(jié)構(gòu)。纖維層與玻璃纖維層的比例分別為6：2、4：4和2：6，對應(yīng)的復(fù)合材料依次為6A2GC、 4A4GC和2A6GC．另外，一種與4A4GC具有相同組分纖維層配比，但組分纖維層呈間隔分布的復(fù)合材料也被制造出來與4A4GC做對比，以研究纖維分布形式對混編復(fù)合材料性能的影響。 為研究其力學(xué)性能，對所有材料進(jìn)行了拉伸、三

3、點(diǎn)彎曲與低速沖擊三種測試。拉伸測試結(jié)果表明，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)力并不隨組分纖維配比的變化而呈單一變化趨勢，而是在組分纖纖維含量最為接近時(對應(yīng)與4A4GC)達(dá)到最小值。具有相同的組分纖維含量，A4A4GC具有明顯高于4A4GC的拉伸強(qiáng)力，這表明間隔結(jié)構(gòu)比夾層結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的拉伸性能。通過對三點(diǎn)彎曲性能的分析，具有高玻璃纖維含量的材料具有較大的彎曲強(qiáng)度．而具有較高芳綸纖維的材料容易呈現(xiàn)多步強(qiáng)力下降的失效現(xiàn)象。在沖頭重量為4.8kg，速度為3.

4、2m/s的沖擊條件下，最大載荷隨玻纖的增加呈先下降后上升的趨勢，在組分纖維含量最接近達(dá)到最小值；而材料的總吸收能量隨玻纖的增加呈先上升后下降趨勢，在組分纖維含量最為接近時達(dá)到最低點(diǎn)。相比于4A4GC，A4A40C的最大載荷較大而總吸收能量較低，說明組分纖維的間隔分布比集中分布可使復(fù)合材料具有較大的沖擊阻抗和較小的沖擊韌性。為研究混合形式與材料介電性能的關(guān)系，分別在低頻范圍(1MHz～1GHz)和高頻范圍(1GHz～2.5GHz)對材料的

5、介電性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明材料的介電常數(shù)并不隨玻璃纖維含量的增加而呈單一變化趨勢，而是在組分纖維的含量最接近時，達(dá)到最小值，隨后隨玻璃纖維含量的增加而增長。而介電損耗正切值隨玻纖的增加呈單一下降趨勢。經(jīng)比較，4A4GC的介電常數(shù)與介電損耗明顯低于復(fù)合材料A4A4GC．比較所有材料的介電性能，當(dāng)組分纖維的含量最接近且纖維層呈集中分布狀時(對應(yīng)于4A4GC)，復(fù)合材料具有最低的介電常數(shù)和較為理想的介電損耗，證明此類結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的綜合介電性