聚酰亚胺纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂基复合材料力学性能研究
发布时间：2021-09-30 13:16
碳纤维复合材料（CFRP）因轻质、高比强度和高比模量等优异性能在许多领域广泛应用。但其抗冲击性能不足,会影响制件或装备的使用稳定性,制约其进一步应用。采用多种纤维混杂的方式制备混杂复合材料能够综合多种增强体的优异性能。高强高模聚酰亚胺（PI）纤维具有高强度、高韧性的力学性能特点,还有优异的耐高低温性能、耐紫外辐照性能和低吸湿率等特点,综合性能全面。将PI纤维与碳纤维混杂制备复合材料有利于平衡复合材料的刚度与韧性,有望获得一种高强高韧的结构复合材料。具体研究内容如下:以热压罐成型技术制备了单向聚酰亚胺纤维/碳纤维混杂增强复合材料（HFRP）,对其基本力学性能和破坏形貌进行了测试与分析。研究表明:PI纤维的存在可提高CFRP的拉伸破坏应变和破坏能量,碳纤维的存在可显著提高PFRP的压缩性能和弯曲性能。大于临界混杂比时,HFRP的拉伸破坏应变和破坏能量都高于CFRP。单向HFRP的拉伸、压缩、弯曲等性能基本都随碳纤维体积分数的增加呈增长趋势;当混杂比为26%时,HFRP的压缩强度可达PFRP的1.84倍。弯曲性能方面,压缩侧放置碳纤维可获得更高的弯曲强度,压缩侧和拉伸侧外层都放置碳纤维可获得...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２混杂复合材料的分类??Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｙｂｒｉｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??
?将制备的预浸料单向带裁剪成正方形预浸料小块，并将各预浸料小块按照表２－３??的铺层顺序手工铺设，制得预浸料毛坯。??（３）真空封装与热压成型??将经小型打磨机打磨过的两块钢板作为均压板放置于预浸料的上下表面，并用四??氟胶带密封四周。在成型平台工装上自下而上放置无孔隔离膜、四氟布、封装的预浸??料毛坯、四氟布、透气毡、真空袋膜，用密封胶带将粘紧模具与真空袋膜。连接抽真??空管路与真空嘴，抽真空并进行泄漏检测。??ｉ＾ｉｉｉ?Ｗ＾ｉ??ｌ＾ｓＥ?＝Ｓｌ??（ａ）?（ｂ）??图２－１复合材料制备过程（ａ）制备预浸料单向带；（ｂ）真空封装与泄露检测??Ｆｉｇ．?２－１?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，?（ａ）?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｅｐｒｅｇ?ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｔａｐｅ，?（ｂ）?Ｖａｃｕｕｍ??ｐａｃｋａｇｉｎｇ?ａｎｄ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??真空检测合格后将成型平台推入热压罐内，保持真空度－０．０９?ＭＰａ左右，关闭罐??门并推上安全锁，启动固化程序，程序为１２５°Ｃ／２ｈ＋１６５°Ｃ／３ｈ＋１８５°Ｃ／３ｈ，１２５°Ｃ恒温??１０??
?第３章单向聚酰亚胺纤维／碳纤维混杂复合材料的力学性能与破坏形貌???第３章单向聚酰亚胺纤维／碳纤维混杂复合材料的力学性能与破??坏形貌??本章对单向纤维混杂复合材料进行了拉伸、压缩、弯曲和层间剪切等力学性能的??测试，并分析了混杂比和铺层结构与力学性能之间的关系。同时还使用光学显微镜和??扫描电镜观察其破坏形貌并进行分析。??３．１拉伸性能与破坏形貌??对ＰＦＲＰ、ＣＦＲＰ、Ｈ１进行纵向拉伸测试，结果如图３－１所示。图３－ｌａ为拉伸应??力－应变曲线，ＰＦＲＰ和ＣＦＲＰ在破坏前，曲线都呈现出较好的线性关系，达到极限应??力后，曲线瞬间下降。ＨＦＲＰ中除Ｈ１－０曲线呈现较好线性行为外，其他３种都在后期??出现多次应力下降，交替铺层的Ｈ１－２达到最大应力后发生渐进失效，Ｈ１－１和Ｈｌ＿３都??在达到最大应力后迅速破坏。??ａ?２５００－?—？—ＰＦＲｐ?身?＂■■？■■■■?Ｔｅｎｓｉｉ？?ｍｏｄｕｌｕｓ??ＣＦＲＰ?／?Ｕ?１４０－?—ａ—ｍｏｄｕｌｕｓ?１切一??Ｉ：?１１??￣１￣＇＂Ｉ—■￣？—￣＜￣Ｉ一－■￣￣！￣■￣？￣Ｉ?４〇Ｊ＿，＿，＿，???，???，＿，＿，￣，?，＿１４０??０．０?０－５?１．０?１．Ｓ?Ｚ０?２．Ｓ?３．０?０?２０?４０?６０?６０?１００??Ｓｔｒａｉｎ?｛％）?Ｈｙｂｒｉｄ?ｒａｔｉｏ?（％）??Ｃ２６〇〇ｔ?１?３２－．?ｒ－Ａ〇??，一？一?Ｔｅｎｓｉｔｙ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?－２５００?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｓｔｒａｉｎ??２４〇〇．?－ａ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｓｆｒｅｏｇｔｈ?＾?＾?１０?＊?Ｂｒｅａｋｉｎｇ?ｅｎｅｒｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验国标与美标的对比解析[J]. 贾仕君,吴嘉杰,巴发海. 理化检验(物理分册). 2019(06)
[2]高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能[J]. 李是卓,卓航,韩恩林,张代军,刘刚,田国峰,包建文,武德珍. 复合材料学报. 2020(01)
[3]高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制[J]. 卓航,李是卓,韩恩林,张代军,刘刚,田国峰,包建文,武德珍. 复合材料学报. 2019(09)
[4]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)
[5]聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究[J]. 林松,牛鸿庆,李文斌. 材料科学与工艺. 2018(06)
[6]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)
[7]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)
[8]聚酰亚胺纤维的研究进展[J]. 常晶菁,牛鸿庆,武德珍. 高分子通报. 2017 (03)
[9]先进复合材料热压罐成型技术[J]. 苏鹏,崔文峰. 现代制造技术与装备. 2016(11)
[10]高强高模聚酰亚胺纤维及其应用研究[J]. 张梦颖,牛鸿庆,韩恩林,武德珍. 绝缘材料. 2016(08)
博士论文
[1]含内衬纤维复合材料发射筒力学性能研究[D]. 徐光磊.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]国产T700级碳纤维复合材料性能研究和翼片成型工艺优化[D]. 刘震宇.山东大学 2019
[2]碳纤维表面改性增强环氧树脂复合材料的制备与性能研究[D]. 付俊松.长春工业大学 2019
[3]基于Web的复合材料设计专家系统[D]. 富威.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3415941
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２混杂复合材料的分类??Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｙｂｒｉｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??
?将制备的预浸料单向带裁剪成正方形预浸料小块，并将各预浸料小块按照表２－３??的铺层顺序手工铺设，制得预浸料毛坯。??（３）真空封装与热压成型??将经小型打磨机打磨过的两块钢板作为均压板放置于预浸料的上下表面，并用四??氟胶带密封四周。在成型平台工装上自下而上放置无孔隔离膜、四氟布、封装的预浸??料毛坯、四氟布、透气毡、真空袋膜，用密封胶带将粘紧模具与真空袋膜。连接抽真??空管路与真空嘴，抽真空并进行泄漏检测。??ｉ＾ｉｉｉ?Ｗ＾ｉ??ｌ＾ｓＥ?＝Ｓｌ??（ａ）?（ｂ）??图２－１复合材料制备过程（ａ）制备预浸料单向带；（ｂ）真空封装与泄露检测??Ｆｉｇ．?２－１?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，?（ａ）?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｅｐｒｅｇ?ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｔａｐｅ，?（ｂ）?Ｖａｃｕｕｍ??ｐａｃｋａｇｉｎｇ?ａｎｄ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??真空检测合格后将成型平台推入热压罐内，保持真空度－０．０９?ＭＰａ左右，关闭罐??门并推上安全锁，启动固化程序，程序为１２５°Ｃ／２ｈ＋１６５°Ｃ／３ｈ＋１８５°Ｃ／３ｈ，１２５°Ｃ恒温??１０??
?第３章单向聚酰亚胺纤维／碳纤维混杂复合材料的力学性能与破坏形貌???第３章单向聚酰亚胺纤维／碳纤维混杂复合材料的力学性能与破??坏形貌??本章对单向纤维混杂复合材料进行了拉伸、压缩、弯曲和层间剪切等力学性能的??测试，并分析了混杂比和铺层结构与力学性能之间的关系。同时还使用光学显微镜和??扫描电镜观察其破坏形貌并进行分析。??３．１拉伸性能与破坏形貌??对ＰＦＲＰ、ＣＦＲＰ、Ｈ１进行纵向拉伸测试，结果如图３－１所示。图３－ｌａ为拉伸应??力－应变曲线，ＰＦＲＰ和ＣＦＲＰ在破坏前，曲线都呈现出较好的线性关系，达到极限应??力后，曲线瞬间下降。ＨＦＲＰ中除Ｈ１－０曲线呈现较好线性行为外，其他３种都在后期??出现多次应力下降，交替铺层的Ｈ１－２达到最大应力后发生渐进失效，Ｈ１－１和Ｈｌ＿３都??在达到最大应力后迅速破坏。??ａ?２５００－?—？—ＰＦＲｐ?身?＂■■？■■■■?Ｔｅｎｓｉｉ？?ｍｏｄｕｌｕｓ??ＣＦＲＰ?／?Ｕ?１４０－?—ａ—ｍｏｄｕｌｕｓ?１切一??Ｉ：?１１??￣１￣＇＂Ｉ—■￣？—￣＜￣Ｉ一－■￣￣！￣■￣？￣Ｉ?４〇Ｊ＿，＿，＿，???，???，＿，＿，￣，?，＿１４０??０．０?０－５?１．０?１．Ｓ?Ｚ０?２．Ｓ?３．０?０?２０?４０?６０?６０?１００??Ｓｔｒａｉｎ?｛％）?Ｈｙｂｒｉｄ?ｒａｔｉｏ?（％）??Ｃ２６〇〇ｔ?１?３２－．?ｒ－Ａ〇??，一？一?Ｔｅｎｓｉｔｙ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?－２５００?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｓｔｒａｉｎ??２４〇〇．?－ａ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｓｆｒｅｏｇｔｈ?＾?＾?１０?＊?Ｂｒｅａｋｉｎｇ?ｅｎｅｒｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验国标与美标的对比解析[J]. 贾仕君,吴嘉杰,巴发海. 理化检验(物理分册). 2019(06)
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[3]高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制[J]. 卓航,李是卓,韩恩林,张代军,刘刚,田国峰,包建文,武德珍. 复合材料学报. 2019(09)
[4]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)
[5]聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究[J]. 林松,牛鸿庆,李文斌. 材料科学与工艺. 2018(06)
[6]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)
[7]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)
[8]聚酰亚胺纤维的研究进展[J]. 常晶菁,牛鸿庆,武德珍. 高分子通报. 2017 (03)
[9]先进复合材料热压罐成型技术[J]. 苏鹏,崔文峰. 现代制造技术与装备. 2016(11)
[10]高强高模聚酰亚胺纤维及其应用研究[J]. 张梦颖,牛鸿庆,韩恩林,武德珍. 绝缘材料. 2016(08)
博士论文
[1]含内衬纤维复合材料发射筒力学性能研究[D]. 徐光磊.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]国产T700级碳纤维复合材料性能研究和翼片成型工艺优化[D]. 刘震宇.山东大学 2019
[2]碳纤维表面改性增强环氧树脂复合材料的制备与性能研究[D]. 付俊松.长春工业大学 2019
[3]基于Web的复合材料设计专家系统[D]. 富威.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3415941
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