本文關(guān)鍵詞：苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的界面、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及其力學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

發(fā)表博文資訊 更多博文資訊 博文資訊 >

苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的界面、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及其力學(xué)性能研究

字體大�。� - - gqgmzhang   發(fā)表于 16-02-16 19:27     閱讀(216)       分類：

 【摘要】：在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中,玻璃纖維復(fù)合材料以強(qiáng)度適中、成本較低等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用,但是其固有的生產(chǎn)能耗大、材料回收難等問(wèn)題,給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。在世界各國(guó)把工業(yè)與環(huán)境協(xié)同發(fā)展作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要指標(biāo)的今天,大力開(kāi)發(fā)天然纖維增強(qiáng)生物降解復(fù)合材料,使復(fù)合材料朝著低碳環(huán)保方向發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)。然而,目前的天然纖維復(fù)合材料由于普遍采用強(qiáng)度低的短纖維作為增強(qiáng)材料,加之短纖維在樹(shù)脂中的無(wú)取向排列,導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃纖維復(fù)合材料,從一定程度上限制了其在結(jié)構(gòu)承載部件方面的應(yīng)用和發(fā)展,因此,研究和制備高強(qiáng)高模量的天然纖維增強(qiáng)生物降解復(fù)合材料,以擴(kuò)大此類復(fù)合材料的應(yīng)用范圍有著非常重要的意義。在本論文中,主要圍繞如何提高苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的力學(xué)性能而開(kāi)展研究,具體內(nèi)容包括：復(fù)合材料界面性能的影響因素分析及其表征方法；循環(huán)往復(fù)拉伸織物預(yù)處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響及其機(jī)理的研究；三維多孔樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備及其力學(xué)、吸音性能的研究；基于有限元法的三維復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型建立及其仿真分析。具體內(nèi)容如下： (1)復(fù)合材料界面性能的影響因素分析及表征方法。大量國(guó)內(nèi)外研究通過(guò)麻纖維復(fù)合材料力學(xué)性能的表征來(lái)間接地研究纖維表面改性對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響。而本文采用微滴抽拔的方法及其剪滯模型來(lái)計(jì)算界面剪切力,直接評(píng)價(jià)其界面粘結(jié)性能。采用堿液和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)纖維表面進(jìn)行改性。關(guān)于界面粘結(jié)性能,堿液、硅烷偶聯(lián)劑以及兩者相結(jié)合處理過(guò)的試樣界面剪切力分別提高了約為35%、20%和40%。由此可見(jiàn),堿液與硅烷偶聯(lián)劑相結(jié)合的處理是最為有效地提高該復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的方法。關(guān)于纖維表面形態(tài),堿液和硅烷偶聯(lián)劑處理過(guò)的纖維表面比未處理的顯得較為干凈。關(guān)于纖維表面浸潤(rùn)性,堿液處理使纖維動(dòng)態(tài)接觸角從46.7°降低到38.5°,而硅烷偶聯(lián)劑處理的提高到56.7°。關(guān)于纖維結(jié)晶度,經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑處理之后,纖維結(jié)晶度從67.1%降低到36.3%。 (2)循環(huán)往復(fù)拉伸織物預(yù)處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響及其機(jī)理的研究。根據(jù)相關(guān)研究報(bào)道,循環(huán)往復(fù)拉伸處理可以有效提高麻纖維和麻短纖紗的拉伸性能。但是在后續(xù)工序里會(huì)造成許多織造困難,同時(shí)處理效果也會(huì)隨著內(nèi)應(yīng)力消失而有所減弱。因此,本文直接對(duì)吸水率為100%的機(jī)織物在經(jīng)紗方向進(jìn)行循環(huán)往復(fù)拉伸,再利用熱壓工藝來(lái)制備成復(fù)合材料。關(guān)于織物表面形貌,處理過(guò)的織物經(jīng)紗密度增大了7-12%,而緯紗密度降低了7-9%。關(guān)于纖維微觀結(jié)構(gòu),從X射線衍射分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),處理前后的纖維結(jié)晶度和結(jié)晶取向沒(méi)有明顯差異。關(guān)于織物拉伸性能,由于紗線在織物里屈曲程度減少以及纖維沿著紗線軸向取向排列,使得織物拉伸性能得到顯著提高�；诳椢锢煨阅艿臏y(cè)試結(jié)果,最佳處理?xiàng)l件是拉伸載荷大小為織物平均斷裂強(qiáng)度的70%,循環(huán)次數(shù)為10次,而該條件下處理過(guò)的織物拉伸強(qiáng)度比未處理的增長(zhǎng)了約為38%。關(guān)于復(fù)合材料力學(xué)性能,由于織物本身力學(xué)性能的增強(qiáng)及其纖維體積含量的提高,處理過(guò)的織物增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能得到了相應(yīng)的提高。相比較未處理的試樣,處理過(guò)的織物增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別提高了約為35%和32%,而彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也分別得到了約為20%和17%的增長(zhǎng)幅度。 (3)三維多孔樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備及其力學(xué)、吸音性能的研究。為了開(kāi)發(fā)高性能紡織復(fù)合材料,本文采用包覆紗來(lái)織造三維正交機(jī)織物作為復(fù)合材料預(yù)制件,再利用熱壓工藝成功地制備了三維多孔樹(shù)脂基復(fù)合材料。其中,包覆紗的利用,使得樹(shù)脂在預(yù)制件成型的階段獲得均勻的分布,并且在一定范圍里方便調(diào)節(jié)纖維與樹(shù)脂的比重。而相比較二維層合復(fù)合材料,采用三維正交機(jī)織物作為增強(qiáng)結(jié)構(gòu),既可獲得杰出的層間剪切強(qiáng)度和抗沖擊損傷性能,又能維持相對(duì)較高的平面內(nèi)力學(xué)性能。此外,通過(guò)調(diào)整包覆紗樹(shù)脂長(zhǎng)絲的含量和三維機(jī)織物的經(jīng)紗密度來(lái)制備出不同纖維體積含量和孔隙率的復(fù)合材料。關(guān)于復(fù)合材料形貌結(jié)構(gòu),紗線之間和表面樹(shù)脂層分別存在大量的孔隙或氣泡；Z紗沿著材料厚度方向產(chǎn)生傾斜與扭曲變形,但是材料整體性沒(méi)有被破壞；復(fù)合材料由于采用樹(shù)脂長(zhǎng)絲含量較高的包覆紗而得到了較好的浸潤(rùn)效果。關(guān)于復(fù)合材料力學(xué)性能,樹(shù)脂浸潤(rùn)效果最好的復(fù)合材料獲得了最為突出的力學(xué)性能,經(jīng)緯方向的拉伸強(qiáng)度分別為433MPa和91.9MPa,而其楊氏模量分別為8.5GPa和18.5GPa；緯向的沖擊載荷最大值到達(dá)了134.3N,而沖擊能量為0.59J。關(guān)于復(fù)合材料吸音性能,所有復(fù)合材料試樣由于大量孔隙的存在及其扭曲形態(tài)而有效地吸收頻率為1000Hz到2500Hz的聲波,并且其吸波峰隨著后腔深度的增大趨向于更低的頻率。 (4)基于有限元法的三維復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型建立及其仿真分析。大部分工作是圍繞三維正交碳或玻璃纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料而展開(kāi)研究,但很少會(huì)涉及到三維天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。因此,在本文研究中,根據(jù)之前試驗(yàn)結(jié)果所獲得的形貌特征以及結(jié)構(gòu)參數(shù),建立復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)模型,并利用ANSYS有限元分析軟件,對(duì)三維機(jī)織物增強(qiáng)多孔樹(shù)脂基復(fù)合材料的彈性常數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先,結(jié)合熱塑性樹(shù)脂浸潤(rùn)的實(shí)際情況,假設(shè)紗線截面為圓形,且橫觀各向同性,采用只有外層被聚合物樹(shù)脂所包裹住的短纖紗作為紗線浸漬體模型來(lái)計(jì)算其彈性常數(shù)。接著,考慮到Z紗沿著材料厚度方向的變形及其對(duì)復(fù)合材料軸向力學(xué)性能產(chǎn)生較小的影響,通過(guò)省去Z紗部分從而簡(jiǎn)化了三維多孔復(fù)合材料的單元模型。最后,采用有限元仿真分析方法獲得了復(fù)合材料彈性模量。結(jié)果表明,經(jīng)紗方向的彈性模量預(yù)測(cè)值要比其實(shí)驗(yàn)值高出14%,而緯紗方向的彈性模量預(yù)測(cè)值要比其實(shí)驗(yàn)值低3%。

返回文章列表標(biāo)簽：  

分享到：

下一篇：環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)模擬及具有模量過(guò)渡層結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料性能研究 上一篇：冰載荷作用下碳纖維復(fù)合材料桁條加筋曲面板的沖擊動(dòng)力響應(yīng)研究

評(píng)論 (0)

發(fā)表評(píng)論

  本文關(guān)鍵詞：苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的界面、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及其力學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。