论文部分内容阅读
碳纤维复合材料作为一种高刚性轻质材料,其在叶片上的应用能够很好的解决大尺寸叶片刚性不足的问题,但碳纤维的高成本成为阻碍其在叶片上应用的主要原因。采用碳/玻混杂的方式能够在解决大尺寸叶片刚性不足问题的同时降低成本。本课题以三种混杂比的单向碳/玻层间混编织物以及单向纯玻织物为增强体,以环氧树脂为基体制备复合材料。研究了碳/玻混杂比、分散度等对单向碳/玻层间混编复合材料拉伸性能、轴向压缩性能、弯曲性能、层间剪切性能等力学性能的影响,并对破坏模式进行了分析。其次,本课题还对三种碳/玻混编织物以及纯玻纤织物的渗透性能和特征单层厚度等工艺性能作出了一定的分析。拉伸性能的研究表明:A-1,B-1,C-1三种碳/玻层间混编结构的拉伸强度均略低于纯G复合材料的拉伸强度,三种层间混编结构拉伸强度相差很少;纯G结构试样的破坏呈现爆炸式破坏,三种碳/玻层间混编结构的破坏则以碳纤层和破纤层的层间分层破坏为主,并伴有少量碳纤维的断裂;三种混编结构与纯G结构相比,拉伸模量分别增加了18.12%,28.58%,30.99%。平压性能的研究表明:以碳/玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤,对复合材料的平压强度、平压模量均有一定的提高作用,三种碳/玻混杂比不同的复合材料平压强度较纯玻纤结构分别提高了22.72%、26.95%、11.43%,混杂比不同所导致的试样破坏程度也各不相同。混杂复合材料平压模量随碳纤含量增加呈现逐渐增大的趋势。相同混杂比单向碳/玻层间混编复合材料平压强度随分散度的降低而逐渐增大;相同混杂比单向碳/玻层间混编复合材料平压模量与铺层方式无关。平压破坏均表现为碳纤层断裂,并且在碳纤断裂处大多发生了层间分层现象。相同混杂比的情况下,碳/玻层间混编结构相对层间混杂铺层结构具有更大的平压强度和模量。弯曲性能的研究表明:以碳/玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤,对复合材料的弯曲强度和弯曲模量均有一定的提高作用。三种碳/玻混杂比复合材料弯曲强度基本一致,而弯曲弹性模量随碳纤含量增加呈现逐渐增大的趋势。铺层方式对单向碳/玻层间混编复合材料弯曲强度基本无影响,弯曲模量随分散度的增大而增大。四种结铺层结构的弯曲失效形式均为压缩侧断裂失效,四种混杂结构的弯曲强度基本保持一致。层间剪切性能的研究表明:碳/玻混杂比对单向碳/玻层间混编复合材料层间剪切强度基本无影响,ABC结构的层间剪切强度与纯G结构基本相同;层间剪切破坏发生在玻/玻界面。碳/玻混杂比一定时分散度对单向碳/玻层间混编复合材料的层间剪切强度基本无影响.特征单层厚度研究结果表明:纯G织物与a b c三种混编织物对应的复合材料的特征单层厚度逐渐增加,特征单层厚度随碳纤维面密度呈现线性增加,碳纤面密度每增加50g,复合材料的特征单层厚度增加0.04mm。织物渗透率研究结果表明:与纯G织物相比,a b c三种织物沿x方向的渗透率显著降低,并随碳/玻混杂比的增加而有所降低;与纯G织物相比,a b c三种织物沿y、z方向的渗透有所降低,但属于同一数量级。