雙軸向多層襯紗織物拉伸性能試驗(yàn)研究

雙軸向多層襯紗織物拉伸性能試驗(yàn)研究

1測(cè)試1.1材料結(jié)構(gòu)參數(shù)原料生產(chǎn)：選擇纖維和回歸自然纖維的垂直、傾斜和層壓板織物作為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。1.1羅紋法用于安裝綁架系統(tǒng)。下層和下層兩側(cè)為襯墊紗布，中部一層為襯墊紗布。玻璃纖維為無(wú)堿無(wú)捻玻璃纖維,芳綸纖維為日本杜邦生產(chǎn)的Kevlar49纖維,結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可以看出織物中襯經(jīng)紗和襯緯紗的體積含量是相同的,綁縛紗的體積含量可以忽略不計(jì)。層合板由四層織物按相同的方向疊加復(fù)合而成,采用RTM成型工藝,即樹(shù)脂傳遞模塑法固化成型。本試驗(yàn)所用樹(shù)脂為聚乙烯基酯樹(shù)脂與固化劑、促進(jìn)劑按照一定的比例配制而成。復(fù)合固化后試驗(yàn)用試樣尺寸和纖維體積含量見(jiàn)表2。1.2拉伸性能測(cè)試目前,以緯編雙軸向多層襯紗織物為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)制成的復(fù)合材料還沒(méi)有與其完全相對(duì)應(yīng)的拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),因此采用纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則(GB1446—83)和玻璃纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法(GB1447—83)對(duì)其拉伸性能進(jìn)行測(cè)試。為了保證測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確,使得試樣在拉伸過(guò)程中不發(fā)生滑脫,并使試樣發(fā)生有效的破壞,需在試樣的兩端分別貼上加強(qiáng)片。試驗(yàn)在日本島津(SHI-MADZU)AG250KNE型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,加載速度為5mm/min。2結(jié)果與分析2.1初始模量的表現(xiàn)玻璃纖維和芳綸纖維的緯編雙軸向三層襯紗織物增強(qiáng)復(fù)合材料的經(jīng)、緯向拉伸曲線如圖1所示。由圖1可以看出,它們均呈現(xiàn)出很好的二次線性,曲線中間有較為明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。初始段表現(xiàn)為較高的初始模量,這是由于在拉伸的初始階段,增強(qiáng)纖維與樹(shù)脂基體之間結(jié)合力強(qiáng),樹(shù)脂基體起到了很好的傳遞載荷和保護(hù)纖維不受損傷的作用,而沿拉伸軸向的纖維都呈無(wú)屈曲直線狀態(tài)鋪覆,大部分纖維共同承擔(dān)拉伸載荷,故表現(xiàn)為較高的初始模量。隨著復(fù)合材料的拉伸,纖維和基體界面開(kāi)始發(fā)生部分破壞,部分纖維不能充分發(fā)揮作用,故二次模量有所下降。隨著拉伸的進(jìn)行,纖維與基體的界面破壞嚴(yán)重,只有很少的增強(qiáng)纖維承擔(dān)拉伸載荷,而此時(shí)的拉伸強(qiáng)力已經(jīng)很大,則承受載荷的纖維會(huì)發(fā)生突然斷裂,表現(xiàn)為脆性斷裂。2.2拉伸性能和模量經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出,緯編雙軸向襯紗織物增強(qiáng)復(fù)合材料具有很好的拉伸性能。由于試驗(yàn)所用的材料纖維體積含量略有不同,為了使測(cè)得的數(shù)據(jù)具有可比性,可分別求出材料的比強(qiáng)度和比模量(即用材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量除以各自的纖維體積含量,得到單位纖維體積含量時(shí)的強(qiáng)度和模量)。所測(cè)材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量以及比強(qiáng)度和比模量如表3所示。由表3可以看出,芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量明顯高于玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,這是由于芳綸纖維具有明顯高于玻璃纖維的拉伸性能。在所研究的玻璃纖維和芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中,縱橫向的纖維體積含量接近,均近似為50%(綁縛紗的纖維體積含量可忽略不計(jì)),經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究和結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):復(fù)合材料的橫向拉伸比強(qiáng)度和比模量均略高于其縱向。這是由于兩方面的原因:a.在復(fù)合材料的每層增強(qiáng)織物中,襯緯紗有兩層,而襯經(jīng)紗只有一層,即襯緯紗與襯經(jīng)紗的總體含量雖然相等,但是緯紗分為兩層鋪覆,而經(jīng)紗只有一層,所以單位面積截面內(nèi),共同承受拉伸力的經(jīng)向纖維一般略少于緯向纖維;b.在增強(qiáng)織物的織造過(guò)程中,襯經(jīng)紗受到的損傷程度明顯大于襯緯紗。因此,復(fù)合材料橫向的拉伸性能稍優(yōu)于縱向性能。2.3拉伸力學(xué)性能從拉伸后的試樣可以觀察到,試樣的破壞形式主要表現(xiàn)為纖維抽拔斷裂、織物層間分層和極少的單層織物的層內(nèi)分層。復(fù)合材料中的增強(qiáng)纖維受到樹(shù)脂基體的保護(hù),而使得表面纖維不受損傷,使得復(fù)合材料有很好的拉伸性能,當(dāng)纖維和基體之間出現(xiàn)裂紋,材料受到較大拉伸力作用時(shí),將會(huì)有許多纖維從基體中抽拔出來(lái),這樣需要克服纖維與基體間的黏結(jié)力,因而復(fù)合材料表現(xiàn)出很好的拉伸性能。另外,織物層間分層說(shuō)明緯編雙軸向襯紗織物增強(qiáng)復(fù)合材料有較好的層間性能,復(fù)合材料發(fā)生的分層主要表現(xiàn)為各層織物之間的分層,每層織物內(nèi)部各層襯紗間不易產(chǎn)生分層,說(shuō)明緯編雙軸向織物的綁縛線圈使織物形成一個(gè)整體,為復(fù)合材料提供了有效的抵抗分層的能力。3拉伸性能及破壞模式3.1緯編雙軸向多層襯紗織物增強(qiáng)乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料具有較好的拉伸性能,較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量。與玻璃纖維相比,芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有更好的拉伸性能。3.2無(wú)論芳綸纖維還是玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其橫向的拉伸性能均略優(yōu)于縱向的拉伸性能。3