碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

• 作者: 刘芳芳 沙迪 王汉夫 禹旭敏 赵将 邱雪鹏 马小飞
• 来源期刊: 高等学校化学学报
• 学科: 化学
• 关键词: 碳纤维三向织物 环氧树脂 复合材料 力学性能
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 所属期刊栏目: 材料化学
• 页码范围: 838-845
• 页数: 8页
• 分类号: O633
• 字数: 5980字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7503/cjcu20190513

摘要

选择不同纱线间距[即二经(纬)纱之间的中心距]尺寸的碳纤维三向织物,采用热压成型技术制备了碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料.研究了纱线间距及样品裁剪角度等对力学性能的影响,并与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的力学性能进行对比.结果表明,随着纱线间距尺寸从2 mm增加到6 mm,0°方向断裂强度从221.7 MPa下降到148.1 MPa,撕裂强力从1000 N下降到600 N;90°方向断裂强度从50.0 MPa下降到22.1 MPa,撕裂强力从330 N下降到100 N;顶破强力从424 N下降到216 N.这些力学性能的逐渐降低是单位面积的碳纤维增强体含量减少和织物的孔洞增大共同作用的结果.纱线间距为2 mm的碳纤维三向织物复合材料在0°(以纬纱为基准),30°,45°,60°和90°方向的断裂强度分别为221.7,48.5,44.3,227.7和50.0 MPa,即断裂强度在0°和60°方向大于在30°,45°及90°方向.由三向织物的编织原理可知,0°与60°方向完全相同,因此其断裂强度相似,且样品中有一组纱线与外加载荷平行,对形变破坏具有一定的约束作用,而30°,45°和90°方向样品中三组纱线所在的方向均和外加载荷存在一定的夹角,有效分散外加载荷的能力减弱.对比碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力和顶破强力发现,前者的综合性能明显优于后者,碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力、顶破强力分别为221.7 MPa,1000 N和424 N,三向织物的优势得到凸显,为后续制备多种类型的碳纤维三向织物复合材料及应用奠定了基础.