孔隙对碳纤维增强环氧树脂复合材料超声衰减系数及压缩性能的影响

摘要

孔隙对碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料的力学性能和破坏模式有显著的影响,因此需要建立准确的孔隙率无损检测评估方法,并基于所评估的孔隙率提高CF/EP复合材料压缩性能预测的可靠性.本文主要研究了孔隙对CF/EP复合材料的超声衰减系数和压缩性能的影响,通过降低固化压力至0.7～0.2 MPa和延长预浸料室温贮存时间至30～180天的方法,制备了不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板,通过金相验证其孔隙率在0％～3.0％之间,孔隙类型主要为层中孔隙和层间孔隙.通过理论和试验的方法,基于超声反射法建立了孔隙率与超声衰减系数的关系曲线,由孔隙引起超声衰减系数为αv=1.08Pv2(Pv为孔隙率),与前人基于超声穿透法所得的超声衰减系数αv=0.61Pv2较好地符合2倍声程的关系.对不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板进行压缩测试实验,特别考虑了贴片和加载方向对测试结果的影响.从细观角度研究了含孔隙的CF/EP复合材料层压板的压缩破坏模式.结果 表明:CF/EP复合材料层压板的压缩强度随孔隙率增加而下降,孔隙率增加至2.5％时,压缩强度下降13.7％,孔隙细观特征影响压缩破坏的形式,主要原因是孔隙诱发微裂纹的萌生和扩展,削弱了纤维与树脂间的结合力并引发纤维微屈曲.