不同长度玻璃纤维增强复合材料力学性能与界面性能的研究

发布时间：2017-06-27 03:01

  本文关键词：不同长度玻璃纤维增强复合材料力学性能与界面性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着汽车工业的不断发展和汽车保有量的持续增加,能耗、安全、环保三大问题也日益突出。而汽车轻量化则是降低能耗、减少污染物排放的重要途径。汽车轻量化就是在保证汽车强度和安全性能的前提下,尽可能降低汽车整车质量,进而提高燃油利用率,减少污染物排放。实现轻量化的途径有很多,其中之一就是研发轻量高强的材料。复合材料因其比强度比刚度高、耐腐蚀性好、耐疲劳性久以及能够大规模整体成型等优点被作为重点研究对象,其中纤维增强复合材料更是学者们竞相研究的热点。本实验中,使用玻璃纤维与聚丙烯树脂制得短纤维增强粒料S3与长纤维增强粒料L7、L11、L15,经过注塑成型工序后制得哑铃状试样,并对这四种复合材料进行了拉伸、弯曲、冲击实验等,还测量了注塑成型后残留玻璃纤维的长度,研究了增强纤维长度变化对玻璃纤维聚丙烯复合材料的力学性能的影响。除了对力学性能的研究之外,还通过光学显微镜观察法以及X-ray CT扫描法对复合材料内部纤维排列进行观察,计算了纤维取向角以及纤维取向因子,并通过Kelly-Tyson修正公式获得了纤维临界长度进而计算玻璃纤维与聚丙烯树脂间的界面剪切应力。通过以上实验获得的结论如下：1)注塑成型后玻璃纤维长度断裂严重,四种复合材料长度下降幅度均超过50%,但是随着增强纤维原始长度从1.5mm到15mm的增加,残留纤维长度也从0.68mm增加到4.18mm。2)当纤维残留长度从0.68mm增加到3.02mm时,拉伸强度和弯曲强度都有明显提高,但当长度从3.02mm增加到4.18mm后,拉伸强度和弯曲强度并未提升而是保持稳定。冲击强力度随着增强纤维长度的增加而增加。3)通过X-ray CT扫描图像可知,短纤维增强复合材料S3内部在纤维取向角小,纤维取向度良好。而长纤维增强复合材料在芯层中有宽阔的纤维排列“杂乱区”,纤维取向度差,且这一现象随着纤维长度增加而加剧。4)通过复合材料界面剪切应力的计算,发现随着增强纤维长度增加,界面剪切应力下降。5)通过对L11/S3混杂复合材料的研究发现,当L11/S3混合比例为90/10时,拉伸强度与弯曲强度都略高于L11,且保持了较高的冲击强度。6)由L11与L11/S3 (90/10) X-ray CT断面扫描结果可知,L11/S3(90/10)内部纤维排列与取向相比于L11有明显的提高。由此推测,在长纤维增强复合材料中混入小比例,比如10%的短纤维会改善复合材料内部纤维取向并对复合材料的强度起到积极提高作用。
【关键词】：汽车轻量化 长玻纤复合材料 残留纤维长度 纤维取向 X-ray CT扫描
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 引言11-13
• 1.2 汽车轻量化概念简述13-14
• 1.3 玻璃纤维概述14-16
• 1.4 聚丙烯树脂概述16-17
• 1.5 本课题研究内容及意义17-19
• 2 实验试样成型与制备19-23
• 2.1 实验试样原材料19
• 2.2 注塑成型介绍19-22
• 2.3 实验试样种类介绍22-23
• 3 实验测试方法23-35
• 3.1 拉伸实验23-25
• 3.1.1 万能材料试验机23-24
• 3.1.2 拉伸实验过程24-25
• 3.2 声发射实验过程25-26
• 3.2.1 声发射简述25-26
• 3.2.2 声发射实验仪26
• 3.3 弯曲实验26-27
• 3.4 冲击实验27-28
• 3.5 残留纤维平均长度28-30
• 3.6 光学显微镜法纤维取向测量30-33
• 3.7 X-RAY CT法纤维取向测量33-35
• 4 力学性能实验结果分析35-42
• 4.1 拉伸实验结果35-36
• 4.2 声发射实验结果36
• 4.3 弯曲实验结果36-37
• 4.4 IZOD冲击实验结果37-38
• 4.5 纤维平均长度测试结果38-41
• 4.6 本章小结41-42
• 5 界面性能实验结果分析42-59
• 5.1 光学显微镜法纤维取向测量结果42-44
• 5.2 X-RAY CT扫描法纤维取向测量结果44-57
• 5.2.1 X-ray CT扫描图像44-51
• 5.2.2 X-ray CT扫描纤维取向角结果51-56
• 5.2.3 X-ray CT扫描纤维取向度计算结果56-57
• 5.3 界面剪切应力T的理论值计算57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 长/短纤维混杂复合材料的研究59-64
• 6.1 L11/S3混杂复合材料力学性能研究59-61
• 6.2 L11/S3混杂复合材料纤维取向观察61-63
• 6.3 本章小结63-64
• 7 结语64-67
• 7.1 实验结论64-65
• 7.2 不足与展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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