UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备及其力学性能研究

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本文以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,实现了其在电脑横机上的编织,将六层纬平针织物、六层罗纹织物以及六层畦编织物分别通过VARTM工艺复合成复合材料板,为使制得的复合材料均衡对称,采用了(0°,90°)3s铺层方式,对三种纬编针织结构复合材料的力学性能进行了研究,研究成果为进一步的深入研究提供了一定的理论依据和实验指导。具体的研究内容如下:  (1)UHMWPE纤维在电脑横机上的编织  首先,对实验用UHMWPE纤维长丝分步骤改造成了符合针织用纱要求的抗静电、低捻UHMWPE纱线。其次,编织时综合考虑了上机工艺参数对编织效果的影响,从而确定了比较理想的编织参数,即实验中度目(弯纱深度)90,牵拉力25,机头速度0.4m/s,编织出了较理想的纬平针、罗纹、畦编纬编针织结构织物,实现了高性能纤维在电脑横机上的编织。  (2)UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备  本实验采用VARTM工艺进行纬编针织复合材料的制备,综合考虑UHMWPE纤维特点及VARTM的工艺条件,实验用树脂为粘度低、浸润性好的环氧树脂,为使制备的复合材料均衡对称,六层纬平针织物、六层罗纹织物以及六层畦编织物分别采用了(0°,90°)3s铺层方式,制备出了比较理想的纬平针、罗纹和畦编UHMWPE纤维纬编针织增强复合材料。  (3)UHMWPE纤维纬编针织复合材料的力学性能测试和分析  对三种纬编针织结构复合材料的拉伸、弯曲、压缩及冲击性能进行了试验研究。通过对实验数据的整理分析得出结论:不同组织结构织物的工艺参数、不同组织结构针织复合材料的纤维体积含量、密度等基本参数对复合材料力学性能的影响很大,具体研究结论如下:①在拉伸、弯曲、压缩试验中,三种纬编针织结构复合材料中纬平针的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度都是最大的,罗纹的次之,畦编的最小,其破坏形式各有差异;②在冲击试验中,试样的最大接触力在纬平针织结构增强复合材料上,罗纹的次之,畦编的最小。随着冲击能量的增大,三种结构的纬编针织复合材料的最大挠度、永久挠度都在增大,相同冲击能量下,畦编针织结构复合材料的最大挠度、永久挠度都是最大的,罗纹的次之,纬平的最小。冲击后试样损伤变化情况可描述为反弹、渗透和穿孔阶段。纬编针织结构增强复合材料破坏模式取决于针织结构。
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