碳纤维纬编衬纬针织复合材料性能研究

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本文对纬编复合材料近年来在力学方面对拉伸、弯曲、压缩、能量吸收等性能的发展背景进行研究。应用于纬编复合材料的高性能纤维种类较多,其中碳纤维密度小、比强度、比刚度高、抗疲劳,成为制备高性能复合材料的首选。目前碳纤维复合材料主要应用在航空航天、交通运输、能源及体育用品等领域。但由于碳纤维脆性大,在进行针织物编织成圈过程中,纤维损伤严重,故有必要对碳纤维的编织性能及材料性能做进一步探究。实验中对碳纤维的拉伸性能、结节性能、编织后损伤强度在三思UTM5105电子万能试验机上进行测试。随后通过测试结果,对碳纤维的可编织性能进行分析。结果表示,碳纤维的拉伸强度为结节强度的6倍,编织后碳纤维强度损伤严重,纤维的拉伸强度损伤率为67%。说明,碳纤维在一般情况下不适合编织成圈,因此在进行本课题的过程中,要调节织物参数及电脑横机编织参数,将碳纤维织物的损伤降到最低。在实验中通过调节给纱张力、牵拉力、弯纱深度、机速等参数,编织了六种不同参数的纬编衬纬织物,并利用模压成型工艺将增强体与环氧树脂基体进行复合,分别制备成8种不同衬纱密度、不同弯纱深度、不同铺层数量的复合材料。将材料在横向、斜向、纵向的拉伸性能、弯曲性能在三思UTM5105电子万能试验机上进行测试,并对不同参数下的测试结果进行分析。结果表明:纬编衬纬组织中的衬纬纱,可以有效的提高材料在横向的拉伸性能,并且,衬入的纱线密度越大,材料在横向的性能越好;衬纬纱的衬入使织物在纵向的线圈密度减小,使纵向性能有所下降,但影响不大。弯纱深度影响线圈长度,线圈长度越长,材料在纵向及斜向强度越强,而在横向强度越小;当增强体织物铺层数增加,材料的拉伸性能整体增强。弯曲性能测试结果表明:横向衬入的纱线密度越大,对横向应力的增强效果越大;织物线圈变长,使的织物延展性增加,织物纵向弯曲应力增加,但织物铺层数的增加,使得材料脆性更大。综上所述,碳纤维纬编衬纬复合材料在三个方向的性能呈现各项异性。
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