有關(guān)于復(fù)合材料地毯背襯用新型復(fù)合材料大學(xué)生畢業(yè)論文

1、有關(guān)于復(fù)合材料地毯背襯用新型復(fù)合材料大學(xué)生畢業(yè)論文摘要：熱塑復(fù)合材料具有許多優(yōu)于熱固性材料的優(yōu)點(diǎn)：較好的韌性、使用壽命長(zhǎng)、可循環(huán)利用及生產(chǎn)周期短等。三維機(jī)織物作為紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的預(yù)制件，具有良好的整體性，其復(fù)合材料抗層間剪切強(qiáng)度、抗沖擊性等綜合力學(xué)性能皆優(yōu)于傳統(tǒng)的層合復(fù)合材料，是目前最新型地毯用背襯復(fù)合材料。 關(guān)鍵詞：熱塑復(fù)合材料；沖擊性能；拉伸性能；空隙率Abstract: The advantages ofthermoplastic composite materials have manybetter thanthermosettingmaterial: good toughness,

2、long service life,recyclableandshort production cycle.Three-dimensional woven fabricas preformof textile structural composites,has the advantages of good integrity,interlaminar shear strength, resistance tomechanicalandimpactpropertiesofthe compositesare better than traditionallaminated compositemat

3、erials,it is currently the mostnewcarpet backing composite material.Key words:thermoplastic composites;impact property; tensile properties;porosity：文章編號(hào)1研究?jī)?nèi)容熱塑復(fù)合材料具有高韌性、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、低吸濕性、可明顯降低加工成本以及具有反復(fù)加工和回收利用等特點(diǎn)，在近幾年得到了快速?gòu)V泛的發(fā)展和應(yīng)用。本課題通過(guò)對(duì)混纖紗制得的三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能的測(cè)試和研究以及空隙率的測(cè)定，對(duì)其性能做出客觀的評(píng)價(jià)，對(duì)影響復(fù)合材料性能的因素進(jìn)行分析，為復(fù)

4、合材料的加工和為低成本制造高性能熱塑復(fù)合材料提供了提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 以熱塑纖維/增強(qiáng)纖維的包芯紗為媒介織成三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物和平紋織物，然后利用熱塑纖維的熔融性進(jìn)行熱壓、固化制得復(fù)合材料，因此該材料用作地毯背襯材料，是目前對(duì)此復(fù)合材料的沖擊性能和拉伸性能進(jìn)行了測(cè)試、分析。2 復(fù)合材料性能測(cè)試對(duì)熱塑復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和分析，目的在于對(duì)復(fù)合材料的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，作為生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制手段或是最終產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)定依據(jù)。對(duì)三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料和二維平紋機(jī)織物層合復(fù)合材料分別進(jìn)行了沖擊性能、拉伸性能的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中復(fù)合材料C1C3的預(yù)制件分別是紗線YY1YY3的三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物，復(fù)合材料

5、C4是由紗線YY2的五層平紋織物層合壓制而成的，具有較強(qiáng)的結(jié)合力。表2-1地毯背襯的工藝參數(shù)2.1 沖擊實(shí)驗(yàn)在Dynatup9250HV型材料沖擊試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)不同的玻璃/丙綸復(fù)合材料進(jìn)行沖擊性能的測(cè)試。沖頭形狀為圓形，沖頭與板平面垂直，沖擊物的質(zhì)量固定為5.7806kg。將復(fù)合材料板材試樣裁取尺寸為95mmx95mm，夾持在中間開(kāi)圓孔的兩鋼板之間。每種工藝板材均測(cè)試5次取平均值。由于所測(cè)復(fù)合材料的厚度較小，在本文沖擊測(cè)試條件下，復(fù)合材料的沖擊損傷主要為板材的穿透性破壞形成永久變形。對(duì)不同厚度復(fù)合材料沖擊性能的比較均取材料單位厚度的沖擊性能，作為地毯背襯材料更加抗麿。增強(qiáng)纖維是影響復(fù)合材料抗碰撞

6、性能的主要因素。在沖擊能量小于初始破壞的值時(shí)，纖維損傷小，主要是樹(shù)脂基體損傷吸收能量，纖維的作用主要是提供較高的剛性；在沖擊能量較高時(shí)，纖維剪出和斷裂是復(fù)合材料進(jìn)一步吸收能量的主要因素，纖維對(duì)復(fù)合材料吸收碰撞能量有明顯作用。因此，相同沖擊速度下，不同纖維體積含量復(fù)合材料的沖擊性能是不同的， C1、C2具有相同的組織結(jié)構(gòu)，均為三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物；玻璃纖維絲束特?cái)?shù)均為70tex，唯一不同的是玻璃纖維的體積含量不同。單位厚度的載荷峰值隨著玻璃纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，到達(dá)最大載荷時(shí)吸收的能量值以及總能量值也隨之增加；同時(shí)由于材料中增強(qiáng)纖維含量的提高，使得到達(dá)最大載荷時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)，因此使得達(dá)到最大沖擊

7、載荷之前的位移相應(yīng)增大。C2和C3具有相同的組織結(jié)構(gòu)，均為三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物，所采用的兩種玻璃絲束單位細(xì)度的強(qiáng)力相同，玻璃纖維的體積含量也相同。玻璃絲束細(xì)度細(xì)的玻璃纖維的復(fù)合材料的最大載荷和總能量比較高，這是因?yàn)椴ＡЫz束細(xì)度越細(xì)，樹(shù)脂和纖維之間的距離短，樹(shù)脂越容易滲透到纖維束中去，使纖維和樹(shù)脂的界面結(jié)合好，從而抗沖擊性能提高。其原因是：三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料與二維平紋織物層合復(fù)合材料相比，層與層之間結(jié)合好，三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物在x、y、z 三個(gè)方向上都有纖維分部，在厚度方向（z方向）的纖維可以提高厚度方向上的力學(xué)性能。厚度方向的纖維與各層之間的纖維層層交聯(lián)使復(fù)合材料結(jié)合成一個(gè)整體。而二

8、維平紋織物層合復(fù)合材料層和層之間沒(méi)有纖維分部，僅靠樹(shù)脂連接。根據(jù)以上分析，二維平紋織物層合復(fù)合材料在沖擊破壞過(guò)程中，除了層內(nèi)纖維與基體的開(kāi)裂和破壞之外，還會(huì)產(chǎn)生層和層之間的開(kāi)裂。因而，二維平紋織物層合復(fù)合材料的沖擊性能與三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料相比較低。2.2 拉伸實(shí)驗(yàn)采用Instron3369實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)不同的玻璃/丙綸復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度2.00mm/min。試樣幾何形狀為矩形，其長(zhǎng)度x寬度為95mmx15mm。每種工藝板材均測(cè)試5次取平均值。表2-2各復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸性能表2-3同一復(fù)合材料經(jīng)緯向拉伸性能的比較（1）由表2-2可以得到：試樣C2的經(jīng)向拉伸強(qiáng)度和彈性模量高

9、于C1的，試樣C3的高于C2的。這說(shuō)明隨著增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料的拉伸性能提高。但這指的是在一定范圍內(nèi)，并不是體積分?jǐn)?shù)越大越好。（2） 由表2-2可以得到：試樣C4的經(jīng)向拉伸強(qiáng)度和彈性模量高于C2的，這說(shuō)明玻璃絲束細(xì)度細(xì)的三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度高，這是因?yàn)椴ＡЫz束細(xì)度越細(xì)，樹(shù)脂和纖維之間的距離短，樹(shù)脂越容易滲透到纖維束中去，使纖維和樹(shù)脂的界面結(jié)合好，從而抗拉伸性能提高。通過(guò)電鏡照片也可以看出試樣C4中，樹(shù)脂在纖維束中的滲透好。（3）由表2-3可以看出：三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料的緯向拉伸強(qiáng)度和模量均好于經(jīng)向，這是因?yàn)榻?jīng)紗屈曲大，而且緯密比經(jīng)密大；

10、二維平紋織物層合復(fù)合材料的緯向拉伸性能也好于經(jīng)向，因?yàn)榫曄蛎芏容^大，纖維含量高。（4）二維平紋織物層合復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量明顯高于三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料；三維分層角聯(lián)鎖織物復(fù)合材料與二維平紋織物復(fù)合材料相比具有較高的斷裂功，斷裂功大表示材料具有抵抗外力破壞的內(nèi)在結(jié)合能大。這是因?yàn)槿S分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料中經(jīng)紗的屈曲情況不同，在模壓成型后，各經(jīng)紗仍有一定的彎曲，當(dāng)復(fù)合材料受到沿經(jīng)紗方向的拉伸載荷時(shí)，彎曲的經(jīng)紗有伸直、平行的趨向，由于經(jīng)紗的彎曲情況不同，其中，接結(jié)經(jīng)彎曲較大，因此，三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物中經(jīng)紗具有不同時(shí)斷裂性。而平紋織物中各經(jīng)紗的屈曲情況相同，具有同時(shí)斷裂性。因此，

11、簡(jiǎn)單織物層合復(fù)合材料的模量和強(qiáng)度要高于三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料，而斷裂功小于三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料。3 結(jié)論通過(guò)對(duì)新型復(fù)合材料的研究，研究了三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料和二維平紋織物層合復(fù)合材料的拉伸及沖擊性能以及它們的空隙率?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：3.1 三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料與二維平紋織物層合復(fù)合材料相比具有較好的沖擊性能，單位厚度的最大載荷和吸收的總能量都有明顯提高，而拉伸強(qiáng)度和拉伸模量較二維平紋織物層合復(fù)合材料低；3.2纖維含量、絲束細(xì)度等都對(duì)三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物熱塑復(fù)合材料的沖擊性能和拉伸性能有著重要的影響：一定范圍內(nèi)，增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)越高，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好；絲束細(xì)度越

12、細(xì)，樹(shù)脂與纖維間的距離越小，樹(shù)脂越容易浸透，材料的沖擊性能和拉伸性能越好；3.3 三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料織物組織結(jié)構(gòu)影響了材料的空隙率，玻璃絲特?cái)?shù)、丙綸與玻璃質(zhì)量比也影響著材料的空隙率。同時(shí)，空隙率也影響到了材料的力學(xué)性能。與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，能低成本地將初加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品。毫無(wú)疑問(wèn)，熱塑基體復(fù)合材料的快速的、擴(kuò)大化的應(yīng)用是在預(yù)料之中的。由于混纖紗能很好地解決熱塑樹(shù)脂滲透困難這一大問(wèn)題，且有利于后續(xù)加工其性能優(yōu)點(diǎn)，其必將具有很廣闊的發(fā)展前景。盡管混纖紗熱塑復(fù)合材料起步較晚，在地毯背襯中使用還是探索節(jié)段，但相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，混纖紗熱塑復(fù)合材料的巨

13、大的潛能將會(huì)釋放出來(lái)。參考文獻(xiàn)George lubin, Handbook of composites ,Canada:Van Norstrand Reinhold Company Inc , 1982,117-119 葉鼎鈴，玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展概況，中國(guó)塑料，2005，（2）:83 吳妙生，熱熔法制備尼龍GMT的研究和應(yīng)用，毛天祥，復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展第十一屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000，72-764 董衛(wèi)國(guó)，三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料制作微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及復(fù)合固化過(guò)程的研究，博士，天津工業(yè)大學(xué)，20035 張曉明，劉雄亞纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其應(yīng)用

14、，北京：化學(xué)工業(yè)出版社2006，466 肖德凱,張曉云,孫安垣，熱塑性復(fù)合材料研究進(jìn)展，山東化工，2007，36（2）：1521作者簡(jiǎn)介：鄭 衛(wèi)，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈靥盒滦筒牧系男阅艿难芯俊？椢餆崴軓?fù)合材料的沖擊性能和拉伸性能有著重要的影響：一定范圍內(nèi)，增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)越高，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好；絲束細(xì)度越細(xì)，樹(shù)脂與纖維間的距離越小，樹(shù)脂越容易浸透，材料的沖擊性能和拉伸性能越好；3.3 三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料織物組織結(jié)構(gòu)影響了材料的空隙率，玻璃絲特?cái)?shù)、丙綸與玻璃質(zhì)量比也影響著材料的空隙率。同時(shí)，空隙率也影響到了材料的力學(xué)性能。與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自

15、動(dòng)化，能低成本地將初加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品。毫無(wú)疑問(wèn)，熱塑基體復(fù)合材料的快速的、擴(kuò)大化的應(yīng)用是在預(yù)料之中的。由于混纖紗能很好地解決熱塑樹(shù)脂滲透困難這一大問(wèn)題，且有利于后續(xù)加工其性能優(yōu)點(diǎn)，其必將具有很廣闊的發(fā)展前景。盡管混纖紗熱塑復(fù)合材料起步較晚，在地毯背襯中使用還是探索節(jié)段，但相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，混纖紗熱塑復(fù)合材料的巨大的潛能將會(huì)釋放出來(lái)。參考文獻(xiàn)George lubin, Handbook of composites ,Canada:Van Norstrand Reinhold Company Inc , 1982,117-119 葉鼎鈴，玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展概況，中國(guó)塑料，2005，

16、（2）:83 吳妙生，熱熔法制備尼龍GMT的研究和應(yīng)用，毛天祥，復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展第十一屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000，72-764 董衛(wèi)國(guó)，三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料制作微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及復(fù)合固化過(guò)程的研究，博士，天津工業(yè)大學(xué)，20035 張曉明，劉雄亞纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其應(yīng)用，北京：化學(xué)工業(yè)出版社2006，466 肖德凱,張曉云,孫安垣，熱塑性復(fù)合材料研究進(jìn)展，山東化工，2007，36（2）：1521作者簡(jiǎn)介：鄭 衛(wèi)，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈靥盒滦筒牧系男阅艿难芯??？椢餆崴軓?fù)合材料的沖擊性能和拉伸性能有著重要的影響：一定范圍內(nèi)，增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)越高

17、，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好；絲束細(xì)度越細(xì)，樹(shù)脂與纖維間的距離越小，樹(shù)脂越容易浸透，材料的沖擊性能和拉伸性能越好；3.3 三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料織物組織結(jié)構(gòu)影響了材料的空隙率，玻璃絲特?cái)?shù)、丙綸與玻璃質(zhì)量比也影響著材料的空隙率。同時(shí)，空隙率也影響到了材料的力學(xué)性能。與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，能低成本地將初加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品。毫無(wú)疑問(wèn)，熱塑基體復(fù)合材料的快速的、擴(kuò)大化的應(yīng)用是在預(yù)料之中的。由于混纖紗能很好地解決熱塑樹(shù)脂滲透困難這一大問(wèn)題，且有利于后續(xù)加工其性能優(yōu)點(diǎn)，其必將具有很廣闊的發(fā)展前景。盡管混纖紗熱塑復(fù)合材料起步較晚，在地毯背襯中使用還是探索節(jié)段，但相信

18、在不遠(yuǎn)的將來(lái)，混纖紗熱塑復(fù)合材料的巨大的潛能將會(huì)釋放出來(lái)。參考文獻(xiàn)George lubin, Handbook of composites ,Canada:Van Norstrand Reinhold Company Inc , 1982,117-119 葉鼎鈴，玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展概況，中國(guó)塑料，2005，（2）:83 吳妙生，熱熔法制備尼龍GMT的研究和應(yīng)用，毛天祥，復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展第十一屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000，72-764 董衛(wèi)國(guó)，三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料制作微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及復(fù)合固化過(guò)程的研究，博士，天津工業(yè)大學(xué)，20035 張曉明，劉雄亞纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其應(yīng)用，北京：化學(xué)工業(yè)出版社2006，466 肖德凱,張曉云,孫安垣，熱塑性復(fù)合材料研究進(jìn)展，山東化工，2007，36（2）：1521作者簡(jiǎn)介：鄭 衛(wèi)，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈靥盒滦筒牧系男阅艿难芯俊？椢餆崴軓?fù)合材料的沖擊性能和拉伸性能有著重要的影響：一定范圍內(nèi)，增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)越高，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好；絲束細(xì)度越細(xì)，樹(shù)脂與纖維間的距離越小，樹(shù)脂越容易浸透，材料的沖擊性能和拉伸性能越好；3.3 三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料織物組織結(jié)構(gòu)影響了材料的空隙率，玻璃絲特?cái)?shù)