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非织造布增强复合材料的制备及力学性能研究

许景秀  
【摘要】: 材料、能源、信息是现代科学技术的三大支柱。随着生产的发展和人们生活水平的提高,材料已从金属、无机非金属、高分子三大类发展到第四类——复合材料。由于全球结构用材料的消耗量日益增大,人类传统惯用的天然原材料资源逐渐短缺,例如,全球每年消耗木材十多亿吨,以亚洲为例,由于大量砍伐及树木成长期长达10—20年,预计40年后热带雨林中树木将会全部耗尽。这一方面造成木材资源枯竭,另一方面又使生态环境遭到破坏,对人类生存造成严重影响。所以复合材料应运而生,发展迅速,新材料不断出现并广泛应用到各个领域。碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维增强复合材料虽然性能良好,但造价太高。为了降低成本,本课题开发出了非织造布增强复合材料。 本文在研究非织造布增强树脂基复合材料的复合工艺、力学性能和破坏机理中,在运用材料学、工艺学、力学和宏观测试手段的同时,注重采用微观测试方法,主要采用扫描电子显微镜进行测试,观察了复合材料拉伸断口的微观形貌,研究了不同类型的非织造布增强体,不同树脂和不同工艺条件对宏观力学性能的影响,从而选择最佳的增强体和基体的组成、复合条件和工艺,以制成性能最佳的新型材料。 首先,采用不同的增强材料(针刺非织造布和热轧非织造布)、不同的基体材料(961树脂和306树脂)和不同的成型工艺方法(手糊法、真空袋法和真空辅助成型法)制造出了一系列非织造布增强复合材料,然后对它们的拉伸强度、拉仲弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量和冲击强度等力学性能进行了测试,并分析了它们的拉伸载荷——位移曲线和弯曲载荷——位移曲线,结果表明真空辅助成型工艺能大大提高纤维的体积含量;针刺非织造布增强复合材料各项力学性能优于热轧非织造布增强复合材料。最后通过电镜扫描对复合材料拉伸断口微观形貌进行了观察,并分析了它们的破坏模式。


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