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叠层阻尼功能复合材料的制备和性能研究

金明江  
【摘要】:叠层复合材料因具有优良的力学性能和阻尼性能,已成为阻尼功能结构材料中的最重要发展方向之一和研究热点。本文根据贝壳材料的增韧机理和复合阻尼机理,结合ARALL板的制备技术,提出建立金属板/树脂/纤维和金属板/树脂/泡沫金属两种超混杂复合体系,采用热压固化法成功制备了铝合金/树脂/纤维叠层复合材料和铝合金/树脂/泡沫铝叠层复合材料,并通过多次实验对比,获得一套优化的工艺过程和参数,确保复合材料的性能稳定可靠。 通过对铝合金板表面进行喷丸和酸腐蚀综合处理,对纤维表面进行氧化和硅烷偶联剂涂层处理,并采用扫描电镜观察和分析所制备的两种叠层复合材料的界面结合情况及破坏形貌,结果表明:复合组元经表面处理后制备的复合材料的界面结合良好,大大改善了铝合金/树脂界面和纤维/树脂界面的结合状况,并进一步讨论了叠层复合材料界面结合机制和破坏机理。 对纤维(泡沫铝)/树脂/铝合金叠层复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行了测试和分析,结果表明:玻璃纤维/PC树脂/铝合金叠层复合材料具有优异的综合力学性能,拉伸和弯曲性能随着玻璃纤维含量的增加而提高,当玻璃纤维含量为30%时,其拉伸强度达到507.4MPa,弯曲强度达到348.1MPa,而冲击性能除了与纤维含量有关,还取决于玻璃纤维/树脂的界面结合强度,3层玻璃纤维增强的玻璃纤维/树脂/铝合金叠层复合材料的冲击韧性达到13.75 J·cm~(-2),这也验证了玻璃纤维/PC树脂的界面结合好、界面强度高;泡沫铝/树脂/铝合金叠层复合材料则具有良好的弯曲强度(298.7 MPa)和优异的冲击性能(18.07 J·cm~(-2));两种叠层材料的力学性能基本符合复合材料的力学混合法则。此外,进一步分析了纤维、泡沫铝对叠层复合材料力学性能的增强机理,即纤维的高强度保证了纤维/树脂/铝合金叠层复合材料拉伸强度、弯曲强度;而玻璃纤维的“拔出效应”和泡沫铝的“应力-应变平台效应”对叠层复合材料冲击性能有重要贡献。 通过自由振动衰减方法测试了两种叠层复合材料的阻尼性能,分析了叠层复合材料各组元对复合材料阻尼性能的影响,并对两种叠层复合材料的阻尼机理进行了探讨。玻璃纤维/树脂/铝合金叠层复合材料、碳纤维/树脂/铝合金叠层复合


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