非晶合金条带单向补强碳纤维聚合物基复合材料层合板的力学性能研究

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碳纤维复合材料层合板具有高比强度、高比刚度等优点,因而在实际工程中得到越来越广泛的应用,但是性脆等缺陷也制约了其进一步发展。非晶合金具有高强度、高韧性、较大的弹性储能,在工程领域有广泛的应用前景。若将非晶合金和碳纤维复合材料结合,将有助于融合两者的优点,进一步提高碳纤维聚合物复合材料的性能。本研究采用模压成型技术制备了非晶合金条带单向补强碳纤维聚合物复合材料层合板,并对复合材料层合板的界面、弯曲、冲击和阻尼振动性能进行了以下研究:(1)通过对不同含量及分布的非晶合金补强复合材料层合板进行弯曲、冲击性能测试,结果表明:对弯曲性能提升最高的层合板非晶合金条带含量为3.5wt.%,相对于未添加非晶合金的层合板,相对强度提升9.8%。在非晶合金条带含量均为1.8wt.%的情况下,非晶条带位于受冲击力对侧时对层合板冲击韧性提升最大,提升了35.7%;确定最佳位置后,探究出3.5wt.%非晶条带含量对冲击韧性提高最大,提升了45.5%。(2)非晶条带的含量对层合板阻尼振动性能有较大影响,非晶条带含量为3.5wt.%时阻尼比提升最多,相对于未添加非晶合金的层合板阻尼比提高了41.6%,但是非晶合金条带的加入对层合板一阶固有频率没有明显改变。(3)通过不同标号砂纸对非晶条带表面进行机械处理,结果表明:60#砂纸改善界面结合状况的效果最佳,最大脱粘力比未处理的试样提高31.5%,失效位移比未处理的试样提高了50.9%;对弯曲性能提升最多的是使用240#砂纸机械处理过的非晶条带制备的层合板,相对强度、相对模量和冲击韧性分别为397.8MPa/g、20.0 GPa/g、230.6 k J/m2,相比于未处理的非晶合金复合材料层合板分别提高了7.7%、4.6%和22.1%,说明机械处理非晶条带表面对层合板的静态力学性能提升不是很明显,但是对动态力学性能有较大的提升。固有频率提升最多的是240#机械处理条带后制备的层合板,阻尼比提升最多的是60#砂纸机械处理条带后制备的层合板。(4)通过不同浓度偶联剂对非晶条带表面处理,结果表明:25%浓度的硅烷偶联剂改善界面结合状况的效果最佳;相对强度、相对模量、冲击韧性及一阶固有频率均先增大后趋于平缓,在20%浓度达最佳值,在空白试样基础上分别提升了15%、5.2%、26.3%和20.0%。但是阻尼比随着偶联剂浓度的增加而下降,20%浓度时达到最小值,阻尼比相较于未处理条带的层合板下降15.0%。
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