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新型双轴向纬编间隔织物增强复合材料的加工制造及力学性能研究

乔东  
【摘要】: 本论文主要研究了一种新型双轴向纬编间隔织物及其增强复合材料的加工制造和力学性能。该种结构的织物在一种革新的横机上编织而成,在经向和纬向分别衬入高强高模增强纱线,编织形成两片双轴向织物,同时利用经向喂入的连接纱将两片双轴向织物连接起来,形成双轴向增强间隔织物,且可以通过调节针床的距离来灵活变化两片织物间的间隔也即织物厚度。作为一种双轴向增强间隔织物,它即吸收了传统的纬编间隔织物和双轴向增强织物的结构特点,又不同于这两种织物;作为纬编间隔织物,在具有可成形性、高能量吸收性的特点的同时又克服了传统纬编间隔织物间隔小的缺点;作为双轴向增强织物,经纬向纱线的衬入,又使织物克服了传统纬编针织物强度低、模量小、易损伤等缺点,是一种优良的复合材料增强骨架。 鉴于双轴向纬编间隔织物的结构特点及在复合材料方面的应用潜力,本论文利用玻璃纤维纱和玄武岩纤维纱上机编织了这种结构的织物,探讨了两种不同的高强高模纱线的编织工艺及特点,并对织物的拉伸性能进行了测试与分析。实验表明,纱线在结构中的利用情况主要取决于由张力所控制的衬经衬纬纱在织物中的伸直状态。在成功利用玻璃纤维纱和玄武岩纤维纱编织出这种结构的织物后,分别利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺、轻型树脂传递模塑(LRTM或RTM-Light)工艺以及手糊工艺制备了这种结构的织物增强复合材料。其中,由于LRTM工艺在国内首次被提到并实际应用于制备该种结构复合材料,因此专门制作了一套LRTM专用模具。 对于采用三种工艺和两种纤维制成的复合材料,由VARTM工艺和LRTM工艺制成的复合材料为实心结构,而用手糊工艺制成的为空心夹层结构,它们之间有很大的差异。在三种工艺中,LRTM工艺制备的复合材料树脂含量最高,VARTM工艺次之,空心夹层结构最低。同一工艺制备的相同结构不同纤维织物增强复合材料,玻璃纤维和玄武岩纤维在复合材料中所占的纤维体积比相差不大,玻璃纤维略高一点。 此后,进一步对所制备的复合材料的拉伸性能、弯曲性能、压缩性能以及平压性能进行了测试与分析。研究表明:新型双轴向增强纬编间隔针织复合材料的拉伸强度、弯曲强度均取决于两个面层衬经衬纬纱的强度,针织纱线圈对强度的贡献较小;压缩强度同衬经衬纬纱的压剪组合破坏与纤维束和基体的界面有关;织物经纬向增强纱线的密度差异导致复合材料在经纬向表现出不同的力学性能,这种差异对复合材料的拉伸强度、压缩强度影响较大,弯曲强度影响较小;玻璃纤维织物增强复合材料和玄武岩纤维增强复合材料,其拉伸、弯曲和压缩性能曲线均表现出一定的相似性,两种纤维增强复合材料的破坏形式基本一致;间隔夹层复合材料的平压强度是普通泡沫夹层复合材料的2.7倍,平压弹性模量则是普通泡沫夹层复合材料的3倍,具有优良的抗压能力。 本论文的研究工作,为以后该种新型结构的织物及其复合材料的产业化生产及应用提供了一定的参考数据,有一定的指导意义。


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