芳纶三维机织物复合材料的制备与力学性能研究

发布时间：2017-11-29 01:33

  本文关键词：芳纶三维机织物复合材料的制备与力学性能研究

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【摘要】：三维机织物复合材料具有较高的整体性和仿形性,且三维机织物可以在普通设备和稍加改造的普通设备上生产,生产效率高,适于批量生产,因此三维机织物复合材料在各个领域得到了广泛的运用。但是,三维机织物结构多样而复杂,不同结构的织物具有不同的力学性能,因此研究三维机织物的结构与三维织物力学性能和三维织物复合材料力学性能的关系对三维机织物复合材料的发展具有重要意义。本文使用日本帝人产的Twaron纤维,织制了具有相同层数的三维正交组织织物、三维增强正交组织织物、三维角联锁组织织物、三维增强角联锁组织织物、三维多层平纹接结织物等,并对以上五种组织织物进行了拉伸和弯曲试验,分析了织物组织结构和织物结构参数对织物力学性能的影响;将三维正交织物、三维角联锁、三维多层接结织物与树脂复合制成三维机织物复合材料,并分别对其进行拉伸、弯曲试验,然后将结果与不同层数的层压复合材料的试验结果进行比较。研究结果表明:三维机织物中受力方向纱线交织排列状态、伸直状态和密度决定了织物及其复合材料的拉伸断裂形式、拉伸断裂强度及弯曲强度等,且一定纱线密度范围内,主受力纱线的伸直状态对拉伸强度和弯曲强度的影响大于主受力纱线密度对拉伸强度和弯曲强度的影响,受力方向纱线呈伸直状态,与力的方向夹角小,则材料拉伸强度和弯曲强度比较高,随着主受力纱线密度的增大,材料的拉伸强度和弯曲强度也越高。所以,相同织物层数条件下,多层平纹接结组织结构材料的经向拉伸强度高,而纬向拉伸强度低,正交Z向接结经纱的增加会降低织物和其增强复合材料的拉伸强度,但同时会提高弯曲强度,角联锁加入衬垫纱后使织物及复合材料的刚性和弯曲强度改善,同时使拉伸断裂载荷变大,但是拉伸应力和拉伸断裂伸长率变小;层压复合材料中织物层数的增加使拉伸强度提高的主要原因是受力纱线密度增加了,但是层压复合材料板在拉伸过程中易分层开裂;层压板的增加可以提高材料的弯曲强度;厚度一定时,织物最大断裂载荷与织物面密度正相关,与织物体积密度无关;孔隙率相同条件下,主受力纱线的交织状态、伸直状态对复合材料力学性能的影响大于织物面密度、复合材料面密度、体积密度、纤维体积含量等参数对复合材料力学性能的影响;织物组织结构相同时,纤维体积分数或纤维重量分数大的复合材料,强度比较高;织物组织结构不相同,但主受力纱线同处于伸直状态时,主受力纱线的纤维体积分数大,则相应的复合材料强度高。因此本文得出结论:正交结构机织物复合材料的综合强度最高,正交结构最适合用作装甲车辆和航天航空车体材料的织物组织结构,因此设计三维机织物时,应该使织物组织结构在Z向有一定的接结纱,但含量不能过大;织物的经、纬向纤维体积含量一致,则相应的复合材料的各向异性减小;织物组织设计时,应该尽量减小主要载荷承担纱的屈曲程度;织物设计中,厚度一定时,应提高织物的面密度,增加复合材料的断裂强度。
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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