玄武岩纤维增强金属层合板的制备及其性能优化研究

发布时间：2020-11-03 07:38

　　纤维增强金属层合板是由纤维树脂复合材料与金属薄板交替铺放并经过热压成形而得到的一种制品,这种制品结合了复合材料与金属的优点,具有高强度、耐腐蚀、耐疲劳、抗冲击性能强等突出特点。本文选用了具有耐高温、化学稳定性好以及绿色环保等优点的玄武岩纤维作为纤维增强金属层合板的增强体,制备了玄武岩纤维增强金属层合板并对其性能展开了研究,具体研究内容如下:(1)运用正交法设计实验对玄武岩纤维增强金属层合板的成型条件进行了优化。按正交表设计实验,制备了9种不同成型条件下的层合板,对各层合板分别进行拉伸、压缩、弯曲和剥离实验,将所得数据分别进行极差分析和方差分析,结果显示:层合板成型最优条件组合为成型温度(α+10)°C、成型时间(β+20)min、成型压力(γ+0.2)MPa,层合板的拉伸强度和弯曲强度受成型时间和成型压力影响显著,压缩强度受成型时间影响显著,剥离强度受成型压力影响显著。对正交实验所得结论进行了实验验证,结果显示在该最优成型条件下制备的层合板具有最好的力学性能,验证了正交实验的正确性。将此层合板与商业层合板的力学性能参数进行对比发现,自制层合板具有较强的拉伸强度和弯曲强度,但剥离强度较低。(2)研究了添加不同质量分数金刚石微粉对玄武岩纤维增强金属层合板力学性能的影响。金刚石微粉在加入层合板前需对其进行改性处理,首先阐述了硅烷偶联剂对金刚石改性的机理,通过扫描电镜照片、红外光谱以及悬浮稳定性测试等方法对改性前后的金刚石微粉进行了表征和分析。制备了含0 wt%、0.3 wt%、0.6 wt%、0.9 wt%、1.2 wt%金刚石微粉的玄武岩纤维与金刚石微粉复合增强金属层合板并进行了拉伸、压缩、弯曲、剥离实验。结果显示,金刚石微粉的加入使层合板的弹性模量、弯曲模量以及压缩强度显著增强,但使层合板的拉伸强度、断裂应变、弯曲强度、挠度及剥离强度降低;对于不同质量分数金刚石微粉的层合板,添加0.9 wt%金刚石微粉时层合板表现出了最优异的力学性能,将其力学性能与商业层合板的进行了对比,结果显示添加0.9 wt%金刚石微粉的层合板在拉伸、压缩和弯曲力学性能上表现较突出,但粘结强度较低。(3)对玄武岩纤维增强金属层合板与铝合金层板的螺栓连接工艺参数进行了优化。制备了不同孔几何位置的玄武岩纤维增强金属层合板与铝合金板的连接件并进行了拉伸实验,实验结果显示:当W/D=2时,不同E/D的连接件的破坏方式均为拉伸破坏;当W/D=3时,仅E/D=5时连接件的破坏方式为挤压破坏,其余为拉伸破坏或剪切破坏;当W/D=4时,E/D=3,4,5时的连接件的破坏方式均为挤压破坏;最后当W/D=5时,E/D=3,4,5时的连接件的破坏方式均为挤压破坏。为了使连接件具有轻质高强的特性,最终选择孔的几何位置为W/D=4,E/D=3。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：

分类方式,复合材料,复合材,颗粒增强