复合材料Z-pin增强技术及力学性能研究

【摘要】：Z-pin增强技术通过在层合板内植入少量Z-pin从而大幅度提高层合板的层间性能,为了优化Z-pin增强的效果、表征Z-pin与面板的结合强度,本文在查阅文献资料的基础上,利用实验室自行设计Z-pin拉挤机以及X-cor数控植入机等试验设备,开展了环氧及双马来酰亚胺Z-pin的拉挤成型工艺探究以及质量检测,在确保Z-pin质量稳定可靠的前提下,设计制备了不同增强体系Z-pin增强层合板,针对层合板的层间断裂韧性、界面结合强度-桥率实验、冲击后压缩性能等开展了系统化的实验研究。 I型层间断裂韧性实验表明,较少体积分数Z-pin的植入可将层合板的断裂韧性呈倍数提高:对于环氧基Z-pin,体积分数分别为0.44%和1.77%的Z-pin增强环氧体系层合板后,其I型层间断裂韧性分别提高了288.70%和782.26%;而环氧基Z-pin增强环氧面板较增强双马面板的断裂韧性高13.76%。II型层间断裂韧性试验结果也表明Z-pin的植入可以明显提高层合板的断裂韧性。 桥率实验的结果表明,1)Z-pin与面板的结合面积越大,则结合强度越高;2)倾斜的Z-pin可明显提高其界面的结合强度;3)相同增强体系效果好,就单位面积的结合强度而言:环氧基Z-pin增强环氧面板较增强双马面板高51.52%,双马基Z-pin增强双马面板较增强环氧面板高19.89%。 为了研究层合板面内性能,专门设计了冲击后压缩实验并对冲击后试样进行了无损检测。实验结果表明,Z-pin的植入可明显提高其抗冲击能力,体积分数分别为1.23%和1.77%的环氧基Z-pin增强双马层合板冲击后压缩强度分别提高了8.52和19.82%。