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三维缝合夹层结构复合材料的制备与性能研究

罗涵  
【摘要】: 阻尼复合材料是近年来发展起来的先进复合材料,由于其具有较宽的使用温域、较高的阻尼容量等优点,因此其使用范围相当广泛,涉及到航空航天、机械动力、交通运输、电力电子、军工以及仪器仪表工业等领域,对于国家经济建设发展、提高国防设备效能、改善人民生活环境及质量有着重要的意义。通过材料的复合化,制备强度、刚度和阻尼性能俱佳的结构阻尼复合材料成为阻尼材料的发展方向。 在目前的阻尼复合材料研究中,一般采用“三明治”夹层结构的设计,但此设计中的结构层与阻尼层直接很难形成良好的界面,使用过程中结构层与阻尼层容易脱离而造成整体失效。为解决“三明治”夹层结构中结构层与阻尼层层间脱离失效的问题,本文采用三维缝合的方式,在阻尼层预开缝合孔后,采用锁式缝合的方式,将阻尼层与结构层增强材料用纤维纱缝合起来,制备成预成型体,再用真空导入方式成型,从而有效解决结构层与阻尼层之间的层间结合问题。 本文中三维缝合夹层结构复合材料采用的不同的结构层、阻尼层以及缝合方式,制得不同的试样对其力学及阻尼性能进行对比,研究各种因素对其力学及阻尼性能的影响。本文研究的影响因素有:缝合结构,结构层性能,缝合方式,阻尼层性能。为得到力学和阻尼性能更好的三维缝合夹层结构复合材料,可以采用力学性能更好的结构层、力学性能更好的缝线、阻尼性能更好的阻尼层(柔性环氧基复合材料作阻尼层)、减小缝合距离(开孔面积为整体面积的5%以内)等方式。 根据以上影响因素,本文设计出的最佳的三维缝合夹层结构复合材料试样为:采用环氧复合材料作为结构层,芳纶纤维纱作缝线,1.5cm的缝距,柔性环氧树脂基芳纶纤维布增强作阻尼层制得,其性能为:弯曲强度301MPa,弹性模量15.3GPa,冲击韧性356kJ/m~2,阻尼比3.6%。


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