缝纫泡沫夹层复合材料的制造与性能研究

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随着复合材料的急速发展,先进复合材料在航空航天、船舶和公共交通等领域中得到越来越广泛的应用。缝纫泡沫夹层复合材料是一种新型轻质结构材料,它是由上下两层玻璃纤维复合材料面板和中间的硬质泡沫芯材够成,在Z向通过玻璃纤维缝线缝合,缝线垂直上下面板。缝纫泡沫夹层结构复合材料不仅能够减少整体变形,提高材料的力学强度和弹性模量,还能够提高材料的热变形温度和冲击强度,尤其对材料的拉伸强度提高更为明显。这种材料结构在重量增大很小的情况下,能大幅度提高结构的弯曲刚度,因此广泛应用于航空航天和高速列车等结构中。   本文主要研究了缝纫泡沫夹层复合材料的制备工艺和性能。包括对玻璃纤维进行表面处理,以该善表面物理和化学性能;对于缝合的缝针及线迹进行了初步设计,方便实现大规模工业化生产;并对缝纫泡沫夹层复合材料的弯曲及平压性能进行了初步测定与分析。   研究结果表明:用环氧乳液16%硅烷偶联剂4%水80%配制成的处理液对玻璃纤维进行表面处理,可以有效的提高玻璃纤维的集束性、耐磨性以及柔韧性,使得玻璃纤维取代Kevlar纤维成为缝纫泡沫夹层复合材料的缝线成为可能;在缝针选择上,采用双槽针可以减少缝线与缝料的摩擦,而采用双排针的设计思路,可以进一步提高缝合性能;复合工艺采用的是VARTM工艺,该工艺设备简便,作业环境较好,有效的将低了成本,方便大规模生产;通过试验研究了缝纫泡沫夹层复合材料的基本力学性能,包括三点弯曲和平面压缩试验。通过比较,发现缝纫增强能够大幅度的泡沫夹层结构的基本力学性能,与未缝合板相比,缝合板的极限弯曲载荷提高了36%,平压强度提高了近2倍,尤其是能够弥补由于泡沫芯材的强度和刚度较低而带来的泡沫夹层结构材料压缩性能和弯曲时面内剪切模量低的缺陷,从而使该材料能够应用与飞机、船舶及高速列车等的主承力结构件。
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