含孔三維機(jī)織玻纖-環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)性能的研究.pdf

1、由于復(fù)合材料具有的低密度，高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在汽車制造，航空航天，新能源，建筑等領(lǐng)域。尤其是汽車車身，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片這些部件越來(lái)越追求輕量化，但對(duì)于強(qiáng)度還有很高的要求，在這些部件上使用連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。一些國(guó)際大公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在量產(chǎn)零部件上使用高性能復(fù)合材料，來(lái)替代金屬。在上述產(chǎn)品生產(chǎn)組裝的過程中不可避免需要開孔，比如使用螺栓將各個(gè)零部件連接固定到一起。為了保證開孔后，零部件的強(qiáng)度，安全

2、等性能依然達(dá)標(biāo)，研究含孔復(fù)合材料的力學(xué)性能是非常有必要的。
　　本文使用玻璃纖維機(jī)織物作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，環(huán)氧樹脂作為復(fù)合材料的基體，這兩者都是目前應(yīng)用非常廣泛的材料。通過三維織機(jī)制備二維和三維機(jī)織物，使用真空輔助成型技術(shù)制備出玻纖復(fù)合材料，通過預(yù)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(jī)織玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料。分別測(cè)試所有復(fù)合材料的拉伸性能和彎曲性能。
　　對(duì)比二維和三維普通鉆孔復(fù)合材料的拉伸和彎曲性能，三維機(jī)織復(fù)

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

4、，三維預(yù)成形孔復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為308.34MPa和491.64MPa高于三維普通鉆孔復(fù)合材料的284.99MPa和329.58%。三維預(yù)成形孔復(fù)合材料的拉伸和彎曲斷裂應(yīng)變分別為6.29%和5.33%，高于三維普通鉆孔復(fù)合材料的4.92%和4.72%。這主要是由于預(yù)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(shí)鉆頭不需要克服撕破紗線的阻力，這樣對(duì)復(fù)合材料整體造成的振動(dòng)和沖擊都比普通鉆孔工藝要小，最大限度的保留了

5、復(fù)合材料原有的力學(xué)性能。除此之外，在孔的兩側(cè)，玻璃纖維的體積分?jǐn)?shù)是提高的，玻璃纖維本身的力學(xué)性能優(yōu)于樹脂，其體積分?jǐn)?shù)的提高有利于復(fù)合材料整體力學(xué)性能的提高；對(duì)比不同孔徑的復(fù)合材料的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)對(duì)于普通鉆孔復(fù)合材料，隨著孔徑增大（0mm，4mm，6mm），力學(xué)性能下降，如拉伸強(qiáng)度從294.24MPa，下降到268.06MPa。彎曲強(qiáng)度從367.38MPa，下降到324.20MPa。這是應(yīng)力集中效應(yīng)造成的。而對(duì)于預(yù)成形孔復(fù)合材料，隨著孔徑

6、增大，玻璃纖維在孔兩側(cè)的體積分?jǐn)?shù)也隨著增大，這有利于提高復(fù)合材料力學(xué)性能，與應(yīng)力集中產(chǎn)生的效果相反，所以不同的觀測(cè)值在孔徑增大的情況下表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。
　　通過觀察斷面圖，發(fā)現(xiàn)在復(fù)合材料斷裂時(shí)發(fā)生了纖維的斷裂，基體的開裂，纖維與基體的脫離等現(xiàn)象。二維機(jī)織復(fù)合材料，更容易發(fā)生分層現(xiàn)象。并且三維的復(fù)合材料中纖維斷裂更加整齊，二維復(fù)合材料中的斷裂纖維的長(zhǎng)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(duì)纖維的浸潤(rùn)，增強(qiáng)了樹脂與纖維