二维编织物制造工艺相对简单,编织参数可设计性较灵活,其复合材料具有较高的面内比强度和比模量,抗冲击、耐疲劳及整体性能好等优点。碳纤维具有高强高刚等优点,芳纶纤维具有较高的伸长率和优良的断裂韧性,两者进行混杂使得材料良好的力学性能得到最大限度保留,实现了减重和改善复合材料断裂韧性的目的。因此,通过设计碳-芳纶纤维二维三轴混编方式,可以实现混杂复合材料各项力学性能折中设计。本课题设计并制备了三种不同混编方式的碳-芳纶混杂二维编织复合材料,包括轴纱芳纶纤维、编织纱碳纤维复合材料,轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料,轴纱芳纶纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料,碳纤维复合材料用作对比试验,通过对混杂复合材料进行低速冲击及冲击后压缩疲劳试验,评价其抗冲击性能和冲击后压缩疲劳性能。对四种复合材料试样进行落锤冲击试验,然后进行相关参数(如峰值载荷、弹性应变能、凹坑深度及损伤面积等)测量,初步评价材料抗冲击性能。加入芳纶纤维后,轴纱芳纶纤维、编织纱碳纤维复合材料和轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料峰值载荷比碳纤维复合材料高,分别增加了 14.4%和7.0%,表明其承载能力强于碳纤维复合材料;对于弹性应变能,三种混杂复合材料均高于碳纤维复合材料,分别增加了 82.4%、140.1%和105.5%,说明轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料冲击吸收能量最低;对比凹坑深度,碳纤维复合材料凹坑深度最大(0.878mm),三种混杂复合材料凹坑深度分别比其降低了 39.4%、85.1%和86.3%;超声扫描图像显示,内部损伤面积碳纤维复合材料和轴纱芳纶纤维、编织纱碳纤维复合材料面积较大,分别为371.65mm2和373.13mm2,编织纱为碳-芳纶纤维的其它两种复合材料损伤面积较小,分别比碳纤维复合材料低65.4%和 69.3%。对冲击前后复合材料进行了面内轴向压缩试验。无损复合材料中,碳纤维层板压缩破坏载荷最大(37.45kN);混杂复合材料和碳纤维复合材料相比,压缩载荷明显下降,分别下降了 30.6%、32.9%和56.4%。四种冲击前后复合材料面内轴向压缩性能进行对比,冲击损伤使得碳纤维复合材料压缩强度和模量分别下降了 20.19%和9.37%;对于轴纱芳纶纤维、编织纱碳纤维复合材料,压缩强度下降了 16.85%,模量无明显下降,轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料性能参数变化相近;轴纱芳纶纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料模量下降百分比数值最大。应变云图中,冲击前后碳纤维复合材料应变方式主要为弯曲拉伸应变,试样产生了较严重的破坏损伤;三种混杂复合材料中,轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料压缩应变最小,损伤程度和损伤面积最低,具有较强的抵抗失效及弹性变形的能力。对含冲击损伤复合材料在60%应力水平下进行压缩疲劳试验,初步评价其疲劳性能。对比疲劳寿命,轴纱芳纶纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料最长(443197),轴纱碳纤维、编织纱碳-芳纶纤维复合材料其次(77523),但后者刚度下降程度最低(11.84%),表明在疲劳循环载荷作用下,其具有较优良的抵抗弹性变形能力。