碳纤维体积含量对碳玻混复合材料性能的影响
发布时间：2021-01-10 16:45
为研究不同碳纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,以环氧树脂为基体,制备了不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维（碳玻）层间混编织物复合材料,研究了不同碳纤维体积含量的碳玻混杂复合材料的拉伸性能、压缩性能及其破坏形貌。0°拉伸试验表明,混杂层合板的拉伸强度与模量及碳纤维的体积含量均呈正相关,0°拉伸强度最高可以达到899.92 MPa,模量最高可以达到73.58 GPa。在混杂纤维中,适当提高碳纤维体积含量,能有效提高复合材料的拉伸模量,混杂复合材料的拉伸失效方式主要为边缘剥离断裂。0°压缩试验表明,混杂层合板压缩强度最低值为552.56 MPa,最高可以达到603.16 MPa。碳纤维的体积含量每增加2%,0°压缩模量提升约6%。在90°拉伸试验中,碳玻混杂层合板较玻纤层合板的拉伸模量有小幅下降,拉伸强度基本不变,模量最大下降幅度为7.81%,拉伸强度最低为51.48 MPa。碳纤维的体积含量对混杂层合板的拉伸模量基本无影响,均约为12.10 GPa。
【文章来源】：塑料. 2020,49(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
试验材料
图2为层合板0°方向拉伸性能及失效破坏形貌，拉伸试验值均满足理论要求。如图2a所示，玻璃纤维层合板的拉伸强度最高，且达到1 182.72 MPa,3种混杂层合板的拉伸强度均低于玻璃纤维层合板，但是随着碳纤维的体积含量不断增加，混杂层合板拉伸强度逐渐升高，依次为714.89、807.95和899.92 MPa，但是由于碳纤维含量相差较小，因此，强度增量较小。B、C、D3种碳玻混杂层合板的拉伸模量均高于玻璃纤维层合板，分别比试样A的模量高约36.30%、43.40%、49.80%。碳纤维的刚度远大于玻璃纤维，混杂层合板的模量与玻璃纤维层合板相比有明显提升。在混杂层合板中碳纤维体积含量相差较小的情况下，模量增度明显，因此，掺入微量的碳纤维能有效提升混杂层合板刚度。拉伸破坏宏观形貌如图2b所示。由于“边界效应”，试样边缘承受应力较大，破坏一般从边缘开始。玻纤层间分离并呈劈裂状;碳玻混杂层合板最外层环氧树脂与纤维之间脱黏发白，且部分剥裂。由于碳纤与玻纤层间分层过早失效，碳纤维没有充分发挥与玻璃纤维的协同作用，因此，碳玻混杂层合板的拉伸强度低于玻璃纤维层合板。当最外层是玻纤时，断裂延伸率较低的碳纤层受到破坏，失效后，分布在碳纤周围具有较高韧性的玻纤将继续承担剩余载荷[1,11]，抑制裂纹的延展。由形貌可知，碳玻混层合板并未发生如玻纤层合板劈裂式的破坏[7]。
由图3b所示可知，压缩试样的宏观破坏形貌，玻纤层合板试样在变形区一侧发白较明显。碳玻混层合板B、C中碳纤与玻纤层间分层，且呈现不同程度的扭曲变形，D组试样碳玻层整体齐断。当碳纤维发生断裂时，碳纤抑制玻纤失稳破坏的能力减弱，碳纤断裂时的载荷远高于玻纤可承受的极限载荷，此时玻纤便与碳纤同时失稳，达到最优异的压缩性能。综合0°方向拉伸与压缩试验的性能，在玻璃纤维中混入约23.94%的碳纤维，能使复合材料的0°方向刚度整体提高近41.9%。因此，这样不但能提升性能，还能有效控制材料成本。2.3 碳纤维体积分数对90°拉伸性能的影响及宏观形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维增强树脂基复合材料的回收及其再利用研究进展[J]. 阮芳涛,施建,徐珍珍,邢剑. 纺织学报. 2019(06)
[2]碳玻混杂纤维复合材料力学和树脂浸润研究[J]. 刘小芳,张元,梁自禄,喻雄,谭帅霞,王进. 上海塑料. 2019(01)
[3]聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究[J]. 温友,孟祥胜,范卫锋,阎敬灵,王震. 化工新型材料. 2019(01)
[4]多向玻碳纤维混杂复合材料的拉伸性能[J]. 杨瑞,刘叶垚,王恭喜,吴卓琦. 合成树脂及塑料. 2018(05)
[5]混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究[J]. 鲍子贺,牛一凡,严炎,王浩,欧阳俊杰. 塑料工业. 2018(08)
[6]单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能[J]. 邓富泉,张丽,刘少祯,陈秋宇,杨松,赫玉欣. 复合材料学报. 2018(07)
[7]CF/GF层间混杂增强缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击性能试验研究[J]. 龚小辉,赖家美,陈乐乐,胡根泉,黄志超. 塑料工业. 2017(11)
[8]玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料纤维含量试验方法验证[J]. 王晓曼,张洪毅,唐靖义,张勇,孙亚静. 橡塑技术与装备. 2017(12)
[9]短碳纤维质量分数对增强PBT/CF复合材料性能的影响[J]. 任建平. 塑料. 2016(03)
[10]先进树脂基复合材料发展现状和面临的挑战[J]. 邢丽英,包建文,礼嵩明,陈祥宝. 复合材料学报. 2016(07)
硕士论文
[1]风电叶片用单向碳/玻层间混编复合材料的性能研究[D]. 马腾.东华大学 2016
本文编号：2969054
【文章来源】：塑料. 2020,49(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
试验材料
图2为层合板0°方向拉伸性能及失效破坏形貌，拉伸试验值均满足理论要求。如图2a所示，玻璃纤维层合板的拉伸强度最高，且达到1 182.72 MPa,3种混杂层合板的拉伸强度均低于玻璃纤维层合板，但是随着碳纤维的体积含量不断增加，混杂层合板拉伸强度逐渐升高，依次为714.89、807.95和899.92 MPa，但是由于碳纤维含量相差较小，因此，强度增量较小。B、C、D3种碳玻混杂层合板的拉伸模量均高于玻璃纤维层合板，分别比试样A的模量高约36.30%、43.40%、49.80%。碳纤维的刚度远大于玻璃纤维，混杂层合板的模量与玻璃纤维层合板相比有明显提升。在混杂层合板中碳纤维体积含量相差较小的情况下，模量增度明显，因此，掺入微量的碳纤维能有效提升混杂层合板刚度。拉伸破坏宏观形貌如图2b所示。由于“边界效应”，试样边缘承受应力较大，破坏一般从边缘开始。玻纤层间分离并呈劈裂状;碳玻混杂层合板最外层环氧树脂与纤维之间脱黏发白，且部分剥裂。由于碳纤与玻纤层间分层过早失效，碳纤维没有充分发挥与玻璃纤维的协同作用，因此，碳玻混杂层合板的拉伸强度低于玻璃纤维层合板。当最外层是玻纤时，断裂延伸率较低的碳纤层受到破坏，失效后，分布在碳纤周围具有较高韧性的玻纤将继续承担剩余载荷[1,11]，抑制裂纹的延展。由形貌可知，碳玻混层合板并未发生如玻纤层合板劈裂式的破坏[7]。
由图3b所示可知，压缩试样的宏观破坏形貌，玻纤层合板试样在变形区一侧发白较明显。碳玻混层合板B、C中碳纤与玻纤层间分层，且呈现不同程度的扭曲变形，D组试样碳玻层整体齐断。当碳纤维发生断裂时，碳纤抑制玻纤失稳破坏的能力减弱，碳纤断裂时的载荷远高于玻纤可承受的极限载荷，此时玻纤便与碳纤同时失稳，达到最优异的压缩性能。综合0°方向拉伸与压缩试验的性能，在玻璃纤维中混入约23.94%的碳纤维，能使复合材料的0°方向刚度整体提高近41.9%。因此，这样不但能提升性能，还能有效控制材料成本。2.3 碳纤维体积分数对90°拉伸性能的影响及宏观形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维增强树脂基复合材料的回收及其再利用研究进展[J]. 阮芳涛,施建,徐珍珍,邢剑. 纺织学报. 2019(06)
[2]碳玻混杂纤维复合材料力学和树脂浸润研究[J]. 刘小芳,张元,梁自禄,喻雄,谭帅霞,王进. 上海塑料. 2019(01)
[3]聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究[J]. 温友,孟祥胜,范卫锋,阎敬灵,王震. 化工新型材料. 2019(01)
[4]多向玻碳纤维混杂复合材料的拉伸性能[J]. 杨瑞,刘叶垚,王恭喜,吴卓琦. 合成树脂及塑料. 2018(05)
[5]混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究[J]. 鲍子贺,牛一凡,严炎,王浩,欧阳俊杰. 塑料工业. 2018(08)
[6]单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能[J]. 邓富泉,张丽,刘少祯,陈秋宇,杨松,赫玉欣. 复合材料学报. 2018(07)
[7]CF/GF层间混杂增强缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击性能试验研究[J]. 龚小辉,赖家美,陈乐乐,胡根泉,黄志超. 塑料工业. 2017(11)
[8]玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料纤维含量试验方法验证[J]. 王晓曼,张洪毅,唐靖义,张勇,孙亚静. 橡塑技术与装备. 2017(12)
[9]短碳纤维质量分数对增强PBT/CF复合材料性能的影响[J]. 任建平. 塑料. 2016(03)
[10]先进树脂基复合材料发展现状和面临的挑战[J]. 邢丽英,包建文,礼嵩明,陈祥宝. 复合材料学报. 2016(07)
硕士论文
[1]风电叶片用单向碳/玻层间混编复合材料的性能研究[D]. 马腾.东华大学 2016
本文编号：2969054
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