改性芳纶/UHMWPE纬平针织层间混杂复合材料的力学性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fyishen
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随着科技的发展,高性能纤维复合材料因其比强度高、质轻和具有良好的成型性等特点已逐步取代传统材料被广泛应用在建筑、防护、航空航天等各个领域。纬编针织结构因结构特点使其复合材料具有良好的抗冲击性能。芳纶纤维和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维复合材料作为三大高性能纤维被广泛应用在复合材料增强体材料中,但这两种纤维由于表面缺少活性基团且表面光滑限制了其复合材料的发展与应用。故本课题对改性两种纤维纬平针织结构复合材料的力学性能进行了探究。芳纶纤维采用纳米氧化锌棒在纤维表面生长改性,探究改性前后纤维的表面形貌、强力、表面官能团及其复合材料力学性能的影响。结果表明:采用Na OH和HCl预处理后,芳纶纤维含氧官能团COO-明显增加,纤维表面纳米氧化锌棒生长较为完整且没有明显脱落现象,改性后的芳纶纤维强力下降8%,在实验允许范围内。复合材料层压板的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别提高了72.8%、79.3%和80.3%;UHMWPE纤维采用等离子体联合硅烷偶联剂改性,探究等离子体处理时间对纤维性能及其复合材料力学性能的影响。结果表明:当等离子体改性时间为1min时,纤维表面出现大大小小的凹坑粗糙度增加,表面活性官能团增加,亲水性提高。其复合材料层压板拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别提高27.7%、66.6%和65.2%。设计三种改性芳纶纤维/UHMWPE纤维层间混杂铺层方式,探究其混杂复合材料的力学特点。结果表明:1×1的混杂方式的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度、冲击和冲击后压缩强度都仅次于芳纶纤维复合材料,在断裂应变上均优于芳纶纤维复合材料,且弹道极限速度和总能量吸收方面最优,该混杂方式表现为正的混杂效应最后,本课题采用有限元分析软件ABAQUS建立单胞力学模型,将模拟值与实验值进行比较,结果与实验所得应力-应变曲线能较好吻合。
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