论文部分内容阅读
碳纤维增强热塑性复合材料由于热塑性树脂具有熔融粘度高，不易浸润的缺点，影响其机械性能。因此，本研究制备了碳纤维/聚丙烯纤维非织造布，碳纤维在梳理过程中产生定向性，将碳纤维的束丝分离成单丝，并且和聚丙烯纤维充分混合，提高成型时的浸润性。之后通过热压成型碳纤维/聚丙烯纤维非织造布制备碳纤维/聚丙烯各向异性复合材料，重点研究了梳理工艺条件、固结方式、纤维长度、低周疲劳以及缺口对复合材料各向异性的影响，以探讨其可控性。
本研究的主要内容有：（1）非织造布成型中，梳理工艺的改变（锡林梳理速度，锡林和罗拉的隔距，纤维表面增加油剂）以及固结方式的改变（针刺固结和热粘合固结），对成型的碳纤维/聚丙烯复合材料结构和力学性能的影响。（2）初始碳纤维长度为50mm和70mm的非织造布成型复合材料，样品为CF50和CF70，研究其弯曲及55%，70%和85%不同应力水平下的低周弯曲疲劳性能。（3）研究未开孔的拉伸测试和宽径比为2:1和3:1的开孔拉伸性能和低周拉伸疲劳性能。
研究主要得到以下结论：
（1）这种梳理可以使碳纤维产生定向性并且在梳理方向成型的复合材料性能较高。梳理方向和垂直于梳理方向的拉伸强度比值在1.37-2.98范围。
（2）减慢梳理速度，增大锡林和罗拉的隔距和增加油剂可以减少碳纤维的损伤，在梳理方向上的复合材料，拉伸性能和弯曲性能上有提高，例如增加油剂的使拉伸强度提高了20.61%，Izod冲击性能提高不明显，并且在垂直于梳理方向上，工艺参数和固结方式的改变对力学性能影响不明显。
（3）相比于50mm的情况，70mm的复合材料样品中，碳纤维在梳理方向排布更多，定向性更明显，弯曲性能与拉伸性能越高，与垂直方向的性能差异变大，拉伸强度最大可达431MPa。
（4）55%和70%应力水平的低周疲劳对弯曲性能的影响不明显。85%应力水平的低周弯曲疲劳影响较大，部分样品未能完成30次疲劳就已经断裂，其弯曲模量下降率均超过10%，弯曲强度的下降率在15%左右。光学观察可以看出随着疲劳应力水平增加，裂纹变深，弯曲模量和强度下降率明显。
（5）对于宽径比2:1和3:1的开孔拉伸强度，梳理方向的缺口敏感性大于垂直方向。经过55%和70%应力水平的低周疲劳对开孔强度影响较小，其开孔强度下降率均小于10%。85%应力水平低周疲劳后开孔强度下降率最大可达16%。85%应力水平疲劳过程中的AE事件数多，分贝较大，产生的破坏事件数较多，破坏能量较大。
本研究的主要内容有：（1）非织造布成型中，梳理工艺的改变（锡林梳理速度，锡林和罗拉的隔距，纤维表面增加油剂）以及固结方式的改变（针刺固结和热粘合固结），对成型的碳纤维/聚丙烯复合材料结构和力学性能的影响。（2）初始碳纤维长度为50mm和70mm的非织造布成型复合材料，样品为CF50和CF70，研究其弯曲及55%，70%和85%不同应力水平下的低周弯曲疲劳性能。（3）研究未开孔的拉伸测试和宽径比为2:1和3:1的开孔拉伸性能和低周拉伸疲劳性能。
研究主要得到以下结论：
（1）这种梳理可以使碳纤维产生定向性并且在梳理方向成型的复合材料性能较高。梳理方向和垂直于梳理方向的拉伸强度比值在1.37-2.98范围。
（2）减慢梳理速度，增大锡林和罗拉的隔距和增加油剂可以减少碳纤维的损伤，在梳理方向上的复合材料，拉伸性能和弯曲性能上有提高，例如增加油剂的使拉伸强度提高了20.61%，Izod冲击性能提高不明显，并且在垂直于梳理方向上，工艺参数和固结方式的改变对力学性能影响不明显。
（3）相比于50mm的情况，70mm的复合材料样品中，碳纤维在梳理方向排布更多，定向性更明显，弯曲性能与拉伸性能越高，与垂直方向的性能差异变大，拉伸强度最大可达431MPa。
（4）55%和70%应力水平的低周疲劳对弯曲性能的影响不明显。85%应力水平的低周弯曲疲劳影响较大，部分样品未能完成30次疲劳就已经断裂，其弯曲模量下降率均超过10%，弯曲强度的下降率在15%左右。光学观察可以看出随着疲劳应力水平增加，裂纹变深，弯曲模量和强度下降率明显。
（5）对于宽径比2:1和3:1的开孔拉伸强度，梳理方向的缺口敏感性大于垂直方向。经过55%和70%应力水平的低周疲劳对开孔强度影响较小，其开孔强度下降率均小于10%。85%应力水平低周疲劳后开孔强度下降率最大可达16%。85%应力水平疲劳过程中的AE事件数多，分贝较大，产生的破坏事件数较多，破坏能量较大。