三维机织物增强热塑性树脂复合材料的结构及力学性能研究

摘要

该文采用微编纱作为三维织造的一种合适的中介媒体.研究表明用微编方法加工的微编纱,在后续加工过程中,能有效地保护增强纤维,而且它能满足均匀快速浸渍,苛刻的三维立体织造条件,这为三维织造和热塑复合材料的生产加工开辟了一条新的途径.同时,该课题对微编纱的加工工艺、结构参数的选定和微编纱的结构形态也进行了说明、分析和表征.该课题主要研究了三维机织物的结构,还建立了三维机织物单元体的结构模型.织物的结构模型是通过对织物断面的观察及以下基本假设而建立的:假设织物由接结纱、经纱、纬纱和填充纱组成;纱线截面呈跑道形;接结纱和经纱由直线段和弧线段组成,纬纱、填充纱是直线,从而建立了三维机织物单元体的结构模型.在此基础上计算了微单元中的纱线长度、接结纱、经纱取向角及纤维体积分数,并将纤维体积分数的理论计算值与测试结果进行了比较,两者吻合较好,这表明该研究建立的三维机织物结构模型是正确的.该研究还探讨了三维机织物的纵造参数及织造过程,并总结和讨论了织造过程中出现的问题及解决的办法.在模塑成型的复合固化中,该文采用了三个方案复合出几种试样,并对试样的成型温度,成型压力的确定给予了探讨,同时分析了成型压力与成型厚度之间的关系.该文还主要对三维机织热塑性复合材料基本力学性能中的拉伸性能和弯曲性能进行了测试和研究,同时,对标志复合质量好坏的复合材料空隙率也进行了测定.通过对试制材料的拉伸性能值(拉伸强度、拉伸弹性模量)、弯曲性能值(弯曲强度、弯曲弹性模量)和复合材料空隙率的测试,分析和探讨了影响复合材料拉伸应力-应变曲线,弯曲载荷-位移曲线及基本力学性能的因素.研究结果表明,三维机织热塑复合材料预型件的结构(纱线的直径、三维机织物的结构)、预型件的预拉伸工艺(经纱和接结经的伸直程度)、复合成型工艺(成型压力)及复合材料空隙率,都对复合材料的力学性能有着一定的影响.在此基础上建立了三维机织热塑复合材料的工艺-结构-性能之间的关系,为确定这种复合材料的合理生产工艺及提高复合质量提供了理论依据.

目录

文摘

英文文摘

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第一章综述

1.1纺织复合材料制造技术的发展

1.2热塑三维机织复合材料的研究进展

1.2.1三维机织物的织造技术和工艺

1.2.2三维热塑复合技术与成型工艺

1.3本课题的实际意义

1.4本课题研究的内容

1.5课题研究的创新点

第二章三维机织预型件的结构

2.1织造三维机织预型件的纱线

2.1.1微编纱的选用

2.1.2微编纱原料的选择

2.1.3微编纱的结构

2.2三维机织预型件的结构

2.2.1三维机织预型件结构的几何模型

2.2.2三维机织预型件的织物结构设计

第三章三维机织热塑复合材料试样的制备

3.1三维机织预型件结构的织造

3.2三维机织复合材料的复合固化成型工艺

3.2.1实验装置

3.2.2实验方案和试验步骤

第四章三维机织热塑复合材料的力学性能测试与分析

4.1力学性能测试和分析的目的

4.2拉伸性能测试

4.2.1试样的制备与处理

4.2.2测试标准

4.2.3测试方法

4.2.4测试条件

4.2.5试样的形状与尺寸

4.2.6数据处理

4.2.7试验结果与分析

4.3弯曲性能测试

4.3.1试样的制备与处理

4.3.2测试标准

4.3.3测试方法

4.3.4测试条件

4.3.5试样的形状与尺寸

4.3.6数据处理

4.3.7试验结果与分析

4.4复合材料空隙率的测定

4.4.1实际密度的测定

4.4.2空孔隙率的测定

4.4.3测试结果与分析

第五章结束语

5.1结论

5.2存在的问题

5.3应用前景

参考文献

致谢

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