柔性导向三维织造复合材料预制体细观结构分析

摘要

针对柔性导向三维织造复合材料预制体的结构表征问题,对预制体的几何结构和纤维束细观形貌进行了研究.基于纤维截面为矩形、 纤维处于伸直状态、 预制体结构均匀一致、 忽略边缘导向套与纤维的缠绕区域等基本假设,建立了预制体几何结构模型,并通过织造实验验证了模型的合理性.通过织造层致密化压实工艺,织造了纤维体积分数分别为44.1％、50.0％和52.5％的预制体,采用树脂转移模塑成型(RTM)技术制备了复合材料试样.将试样研磨抛光后置于显微镜下观测X/Y向纤维束沿Z向和轴向的截面细观形貌变化特征(将纤维与平面内X或Y向纤维之间正交铺设的夹层区域定义为A区域,将X向纤维和Y向纤维正交叠层区域定义为B区域).结果表明,受不同压实载荷的影响,纤维体积分数高的预制体,A区域的X/Y向纤维束截面形貌更趋于矩形;B区域的X/Y向纤维束,在预制体纤维体积分数达到50％时,呈轻微的反半圆形状,纤维体积分数达到52.5％时,纤维束截面近似呈矩形;X/Y向纤维束沿轴向截面观测结果显示,在A区域和B区域的纤维束轴向截面形貌分别形成反鼓形和鼓形结构,沿着纤维束轴向交替重复出现,且随着压实载荷的增加,制件纤维体积分数提高,该特征更加明显.通过分析碳纤维预制体细观结构特征,得出宏观压实致密化程度对预制体细观结构的影响规律,为预测复合材料性能提供了参考.