玻璃纤维纬编针织物增强复合材料力学性能研究

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纬编针织物由于其独特的三维弯曲线圈结构和相邻线圈之间的连接方式,使其具有较好的延伸性和柔顺性。纬编针织物作为增强体赋予了复合材料优异的延伸性、抗冲击性及成型性。较其它纺织结构的复合材料而言,纬编针织结构增强复合材料的研究较少,且研究主要以在针织物的纵向和横向衬入高性能纱线为主,并不是真正意义上的利用高强度纱线编织的针织物,因此直接利用高性能纤维编织无衬经衬纬的纬编针织物作为复合材料的增强体,对复合材料的力学性能研究具有一定的意义。本课题首先分析了玻璃纤维的可编织性能,并与棉和涤纶长丝作比对,试验结果表明玻璃纤维的强度较高、摩擦系数较大,但其钩结强度、圈强力效率则远远低于棉和涤纶长丝,且玻璃纤维在编织过程中损伤较为严重,容易断裂,所以玻璃纤维在电脑横机上编织较困难。在编织的过程中,通过对电脑横机速度、给纱张力、牵拉力、线圈长度等参数的调整及优化,织制了质量良好,表面平整的七种不同组织的纬编针织物。其次,选用环氧树脂为基体,利用真空辅助树脂传递模塑成型方法制备复合材料试样,并测试复合材料试样的基本参数。试验结果表明,通过真空辅助模塑树脂转移技术制备的复合材料表面平整,孔隙率较低,且纤维体积含量较高。在万能试验机上测试复合材料试样的拉伸、弯曲等力学性能,分析在不同方向上力学性能参数产生差异的原因,探讨了预制件结构对复合材料力学性能的影响。测试结果表明,力学性能的大小主要受承载纱线的根数、纱线的取向度以及纤维所占比重的影响。最后,利用Pro/E软件建立1+1变化平针复合材料模型,并用ABAQUS有限元分析软件对复合材料模型纵向和横向的拉伸性能进行了有限元分析和计算。试验结果表明,通过模拟分析和计算得到的结果与拉伸试验实测结果具有较好的一致性。
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