纬编双轴向热塑性复合材料性能研究

论文摘要

纺织结构复合材料是以纺织预制件实现结构增强的先进复合材料，传统的纺织织造技术如机织、编织和针织在复合材料的制造和研究中都得到广泛的应用。与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有韧性高、耐冲击性能好、生产周期短以及可重复加工等优点。本文对纬编双轴向热塑性复合材料的编织工艺、热压成型技术及拉伸性能进行了研究。本课题采用纬平针为地组织，经纬向衬入增强纤维与聚丙烯的复合纱，在改进的横机上编织纬编双轴向织物预制件。这种织物结构的复合材料具有卓越的力学性能和较低的生产成本，改善了热塑性复合材料浸渍难的问题，易于成形及工艺调整，同时增强纤维和基体的比例容易控制。通过实验研究和理论分析，文中探讨了纬编双轴向织物的编织原理和在横机上的可编织性，分析了弯纱深度、给纱张力、牵拉力对编织的影响。解决了在编织过程中选择参数的问题。对热塑性复合材料的热压浸渍过程进行了理论分析，通过实验确定了合理的升温速率、热压温度、压力、保温时间、冷却方式等工艺参数，并且探讨了热压参数对纬编双轴向复合材料性能的影响。利用DSC热分析技术对增强纤维／聚丙烯复合体的结晶性能进行了探讨。对纬编双轴向热塑性复合材料的拉伸性能进行了实验研究，对材料的应力应变曲线、拉伸强度、初始模量和断裂形式进行了分析，研究发现，衬纱的引入提高了针织结构复合材料的力学性能，但复合材料单层板的轴向拉伸和非轴向拉伸力学性能有较大差异。通过改变衬纱的种类和含量，可改变材料轴向力学性能。对层合板不同铺层方式的拉伸性能进行研究发现，采用[0／90]和[0／-45／45／90]的铺层方式可改善各向异性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 纺织复合材料简介
• 1.1.2 针织复合材料特点
• 1.1.3 纬编双轴向织物的特性
• 1.1.4 热塑性复合材料
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 预定向增强织物的研究
• 1.2.2 热塑性复合材料研究
• 1.2.3 针织结构复合材料拉伸力学性能的研究
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第二章 纬编双轴向复合材料预制件编织工艺
• 2.1 增强纤维和基体
• 2.1.1 高性能纤维简介
• 2.1.2 基体聚丙烯性能
• 2.1.3 增强纤维拉伸性能测试
• 2.2 双轴向织物编织工艺
• 2.2.1 织物组织结构的设计
• 2.2.2 编织工艺
• 2.2.3 织物分析
• 第三章 热塑性复合材料热压成型工艺
• 3.1 机理分析
• 3.1.1 熔融
• 3.1.2 压实
• 3.1.3 树脂流动
• 3.1.4 渗透定律
• 3.1.5 凝固和结晶
• 3.2 复合材料热压成型工艺设计
• 3.2.1 模具制作及热压机选用
• 3.2.2 织物裁剪铺层
• 3.2.3 热压工艺参数的选择
• 3.3 热压成型工艺条件对材料的基本性能影响分析
• 3.3.1 复合材料基本性能测定
• 3.3.2 工艺条件和铺层数对材料厚度的影响
• 3.3.3 空隙率等基本参数及其影响因素分析
• 3.3.4 在选定的工艺条件下复合材料的基本性能
• 3.3.5 小结
• 3.4 复合材料结晶性能分析
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 DSC测试
• 3.4.3 测试结果分析
• 3.4.4 小结
• 第四章 纬编双轴向热塑性复合材料拉伸性能分析
• 4.1 拉伸试验
• 4.1.1 试验方法
• 4.1.2 试样制备
• 4.1.3 试验仪器
• 4.1.4 试验数据处理
• 4.2 纬编双轴向热塑性复合材料热压成型工艺对拉伸性能影响
• 4.2.1 压力对拉伸性能的影响
• 4.2.2 保温时间对拉伸性能的影响
• 4.2.3 冷却方式对拉伸性能的影响
• 4.2.4 小结
• 4.3 纬编双轴向热塑性复合材料单层板拉伸力学性能分析
• 4.3.1 纬编双轴向复合材料沿织物轴向拉伸应力应变曲线分析
• 4.3.2 纬编双轴向复合材料单层板纤维体积含量对拉伸性能的影响
• 4.3.3 纬编双轴向复合材料衬纬材料对拉伸性能的影响
• 4.3.4 纬编双轴向复合材料拉伸的各向异性分析
• 4.3.5 复合材料单层板拉伸断裂形态分析
• 4.3.6 小结
• 4.4 纬编双轴向热塑性复合材料层合板拉伸力学性能分析
• 4.4.1 纬编双轴向复合材料双层板拉伸力学性能分析
• 4.4.2 纬编双轴向复合材料四层板拉伸力学性能分析
• 4.4.3 复合材料层合板拉伸断裂形态分析
• 4.4.4 纬编双轴向复合材料十二层板拉伸力学性能及混杂效应分析
• 4.4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考资料
• 在学期间发表的文章
• 致谢