缝合线上浆对缝合复合材料低速冲击性能的影响

摘要

缝合复合材料在使用过程中会受到挤压、碰撞等损伤，抗冲击性能是影响其使用寿命的关键因素。缝合过程中缝合线受到缝针和预制件的反复作用，产生拉伸、弯曲、扭转等变形，并且随着缝线与预制体之间、缝线与缝针之间摩擦次数的增多，缝合线表面纤维断裂，不仅影响了缝合工艺的顺利进行，也使得缝合复合材料的力学性能下降，因此迫切需要对碳纤维缝线进行改进，提高缝线的性能。
　　本文采用改性聚氨酯上浆剂对碳纤维缝线进行上浆，研究发现:改性聚氨酯上浆后的碳纤维缝线的拉伸强度比未上浆的提高了47.7％;钩拉强度比未上浆的提高了29.3％。上浆后的碳纤维缝线的耐磨性明显提高，浆液浓度为3％时，碳纤维缝线的耐磨性最好，耐磨次数达到936次，是未上浆碳纤维耐磨次数的3.9倍。碳纤维缝线上浆是改善纤维表面毛丝量，减少其表面缺陷，提高缝线力学和耐磨性能的有效方法，但是浆液的浓度不能大于3％，否则浆料过多的在纤维表面富集，增加纤维脆断的机率，降低其力学和耐磨性能。
　　聚氨酯上浆可以使碳纤维表面凹槽加深，但是随着上浆率的增大，纤维表面逐渐趋于光滑。碳纤维表面主要由C、O两种元素组成，上浆后引入了N元素和Si元素，O/C提高11.04％。上浆使碳纤维与环氧树脂的接触角减小9.8％，改善了树脂对纤维的浸润性，但是随着上浆率的增加，接触角逐渐增大，碳纤维与树脂的浸润性变差。碳纤维的上浆处理使碳纤维环氧树脂复合材料的界面剪切强度提高16.3％，但是过高的上浆率反而使界面剪切强度下降。
　　上浆前后缝合线制成的缝合复合材料具有相似的冲击形貌，内部冲击损伤均呈明显的“蝴蝶型”，但是缝线改进之后的缝合复合材料低速冲击损伤面积比改进前减少了8.05％。上浆后的缝线制成的缝合复合材料分层发起的临界力Pcrit和载荷最大值Pmax均大于未上浆缝线制成的缝合复合材料，缝线上浆前后制成的缝合复合材料承受的最大载荷分别为4.546KN和5.749KN，缝合线上浆后复合材料承受载荷的能力提升了20.93％。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 缝合技术及缝合工艺参数

1．2．1 缝合技术

1．2．2 缝合工艺参数

1．3 缝合复合材料低速冲击实验研究现状

1．4 碳纤维上浆技术研究现状

1．4．1 碳纤维上浆剂的作用

1．4．2 碳纤维上浆剂的分类

1．4．3 聚氨酯上浆剂

1．4．4 上浆剂对复合材料界面性能的影响

1．5 研究的目的、意义及主要内容

1．5．1 研究的目的及意义

1．5．2 研究的主要内容

第二章 聚氨酯上浆对碳纤维缝线拉伸和耐磨性的影响

2．1 实验

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 上浆方法

2．2 性能测试

2．3 实验结果与分析

2．3．1 上浆率

2．3．2 缝合线拉伸性能的测试与分析

2．3．3 模拟缝合线钩拉性能的测试与分析

2．3．4 模拟上机缝合时缝线摩擦性能

2．3．5 碳纤维缝线摩擦后表面毛丝量

2．4 本章小结

第三章 聚氨酯上浆对碳纤维复合材料界面性能的影响

3．1 实验仪器与原料

3．2 性能测试

3．2．1 磁雠表面特性测试

3．2．2 碳纤维与树脂的界面性能测试

3．3 实验结果与分析

3．3．1 碳纤维表面形貌分析

3．3．2 碳纤维表面化学成分分析

3．3．3 碳纤维与树脂的界面性能分析

3．4 本章小结

第四章 缝线上浆对缝合复合材料低速冲击性能的影响

4．1 实验原料及其制备

4．1．1 实验原料

4．1．2 缝合工艺

4．1．3 复合材料层合板制备

4．2 实验设备

4．3 测试标准

4．4 分析仪器

4．5 实验结果与分析

4．5．1 冲击损伤形貌分析

4．5．2 超声C扫描分析

4．5．3 冲击载荷．时间曲线

4．5．4 冲击时间．能量曲线

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 对本研究的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢