“龟裂”纳米纤维片夹层树脂基复合材料的力学性能

摘要

玻璃纤维增强聚合物（GFRP）层合板因其具有轻质高强的力学性能、良好的可设计性和先进的低成本制造性，被广泛应用于各个领域。然而，由于复合材料层合板层间性能较弱，遇到外力作用时常容易产生分层破坏。如何抑制分层、提高复合材料整体力学性能成为该领域研究的重点问题。本课题制备出一种新的纳米纤维结构一“龟裂”形态纳米纤维片，它具有网状多孔结构、空间自由度高、比表面积大的特点，将其加入复合材料层间，增强层合板中树脂与玻纤之间的结合力，有效地改善了复合材料层间断裂韧性及抗冲击能力。主要研究内容如下:
　　本课题通过静电纺丝技术在玻纤布表面制备PVAc/TiO2纳米纤维膜，高温煅烧去掉有机成分，得到TiO2纳米纤维片/玻纤织物复合预制体，利用扫描电子显微镜观察玻纤预制体上纳米纤维片的形貌结构、厚度及龟裂缝隙面积并进行表征分析。
　　为了研究插入层间的纳米纤维片厚度对层板断裂韧性的影响，将中间层插入不同厚度纳米片的试样进行Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性测试，结果表明:与未改性的试样相比，加入纳米纤维片试样的Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性明显增加，证明纳米片起到了增加层间韧性的作用。引入的纳米纤维片厚度在11.11μm时，试样的GⅠc和GⅠR最高，比未改性试样高86％和68％。引入的纳米纤维片厚度是14.33μm时，试样的GⅡc最高，增幅为145.72％。通过观察试样层间形貌，得出增韧机理为:龟裂TiO2纳米纤维片在层间发挥桥接和钉卯的作用，增强树脂与玻纤之间结合力。
　　为了研究纳米纤维片对层板抗冲击性的影响，对插入不同层数纳米纤维片的试样进行冲击后压缩性能测试。结果发现在中间4层加入纳米纤维片的试样I4抗冲击性能最好、剩余压缩强度最大，强度损失最小，仅为18.24％，未改性试样I0抗冲击性能最差，压缩强度下降最多，为32.99％，证明层间加入纳米纤维片能有效提高复合材料的抗冲击性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 复合材料简介

1．2 复合材料分层破坏

1．3 复合材料分层的改善方法

1．4 纳米纤维改性复合材料国内外研究现状

1．5 课题研究目的、意义及主要研究内容

1．5．1 课题研究目的及意义

1．5．2 课题主要研究内容

第二章 “龟裂”纳米纤维片夹层树脂基复合材料的制备

2．1 引言

2．2 “龟裂”TiO2纳米纤维片／玻纤织物复合预制体的制备及表征

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．4 静电纺丝法制备PVAc／TiO2纳米纤维膜

2．2．5 “龟裂”TiO2纳米纤维片／玻纤织物复合预制体的制备

2．2．6 纳米纤维／玻纤织物复合预制体形貌结构表征

2．3 “龟裂”纳米纤维片夹层树脂基玻璃纤维层合板的制备

2．3．1 实验原料及仪器

2．3．2 不同厚度“龟裂”纳米纤维片夹层树脂基玻纤层合板的制备

2．3．3 不同层数“龟裂”纳米纤维片夹层树脂基玻纤层合板的制备

2．4 小结

第三章 “龟裂”纳米纤维片夹层树脂基复合材料层间断裂韧性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 纳米纤维片夹层复合材料的制备

3．2．3 Ⅰ型断裂韧性测试

3．2．4 Ⅱ型断裂韧性测试

3．2．5 结构与形貌表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 Ⅰ型断裂韧性试验结果分析

3．3．2 Ⅰ型断裂韧性裂纹传播路径

3．3．3 Ⅰ型断裂层间形貌分析

3．3．4 Ⅱ型断裂韧性试验结果分析

3．3．5 Ⅱ型断裂韧性裂纹传播路径

3．3．6 Ⅱ型断裂层间形貌分析

3．3．7 增韧机理分析

3．4 小结

第四章 “龟裂”纳米纤维片夹层树脂基复合材料的冲击后压缩性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验标准

4．2．2 实验仪器

4．2．3 冲击后压缩试样制备

4．2．4 冲击试验过程

4．2．5 冲击后压缩试验过程

4．3 结果与讨论

4．3．1 纳米纤维片层数对层合板冲击性能的影响

4．3．2 冲击损伤形貌观测与分析

4．3．3 纳米纤维片层数对层合板冲击后压缩性能的影响

4．3．4 冲击后压缩损伤破坏形貌及破坏机理

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢