玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料缺口强度研究

摘要

近年来，随着玻璃纤维增强复合材料成型技术的不断完善，以及其具有比刚度比强度高、耐腐蚀性和抗疲劳性能好等优点，在汽车工业领域的应用越来越多。在汽车的构成部件中，复合材料的应用形式涵盖汽车的结构件和半结构件，这些结构件在组装过程中需要对材料进行钻孔，因此，缺口强度作为复合材料的重要参数而被研究者广泛使用，同时，不同因素对缺口强度的影响也成为学者们竞相研究的热点。
　　本研究采用无碱玻璃纤维（GF）做增强体，分别以聚丙烯（PP）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺(PA)树脂为基体，通过注塑成型的方法制备成GF/PP，GF/POM,GF/PC,GF/PA四种不同类型的玻纤增强复合材料，其中每种类型的复合材料具有两种不同的纤维含量。通过对八种复合材料的拉伸测试来探究开孔对复合材料拉伸性能的影响，同时研究湿热老化和低周拉伸疲劳对开孔复合材料的影响，除了对力学性能的研究之外，还通过扫面电子显微镜（SEM）观察法研究复合材料内部纤维排列以及纤维与树脂界面结合情况。结果表明：当玻璃纤维质量分数相同时，GF/PA复合材料的拉伸性能最佳，而GF/PP复合材料的拉伸性能最差；通过开孔前后玻纤增强复合材料拉伸强度比较可知，开孔对GF/PP复合材料拉伸性能几乎没有影响，而对GF/POM、GF/PC、GF/PA复合材料的拉伸性能有较显著影响，并且开孔对复合材料的影响随着纤维质量含量的提高而增大；通过有限元模拟探究四种复合材料对开孔的敏感性，根据模拟结果，GF/PA复合材料对开孔敏感性最高，与拉伸试验结果相似；对于开孔GF/PP复合材料和GF/PC复合材料，随着湿热老化时间的延长，其吸水率和重量损失率均没有明显的变化；而对于开孔GF/POM复合材料和GF/PA复合材料，随着湿热老化时间的延长，其吸水率和重量损失率是增加的；对湿热老化后复合材料进行拉伸测试，结果显示：当玻璃纤维质量分数为10%时，湿热老化后 GF/PP复合材料的缺口强度几乎没有变化，因此，湿热老化对GF/PP-10%复合材料几乎没有影响；而其他七种复合材料在湿热老化后，其缺口强度下降率均超过10%，因此，湿热老化对其他七种复合材料有显著影响；在低周拉伸疲劳测试中，55%载荷水平低周疲劳对8种开孔复合材料拉伸性能没有显著影响；70%载荷水平低周疲劳对GF/POM-20%复合材料和GF/PA-40%复合材料有显著影响，而对其他六种复合材料没有显著影响；85%载荷水平低周疲劳对8种复合材料均有显著影响，因为8种试样在疲劳过程中均有断裂。

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2玻璃纤维概述

1.3热塑性树脂概述

1.4纤维增强复合材料

1.5开孔玻璃纤维增强复合材料研究现状

1.6 复合材料湿热老化和疲劳性能研究

1.7课题研究的内容与方法

第二章 实验材料及方法

2.1 实验试样成型与制备

2.2实验仪器介绍

2.3实验内容

2.4 复合材料中玻璃纤维体积含量的计算

第三章 拉伸性能研究

3.1 开孔前后试样拉伸性能比较

3.2 试样拉伸破坏过程分析

3.3 扫描电镜观察分析

3.4有限元模拟

本章小结

第四章 湿热老化研究

4.1复合材料的吸湿行为

4.2 湿热老化前后拉伸性能分析

4.3扫描电镜观察分析

本章小结

第五章 低周拉伸疲劳研究

5.1低周疲劳前后拉伸强度比较

5.2低周疲劳前后拉伸试样破坏过程

5.3 扫描电镜观察分析

本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2 不足与展望

参考文献

附录

附录1 拉伸实验数据

附录2 湿热老化实验数据

附录3 低周拉伸疲劳实验数据

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢