针刺密度对三维碳毡增强树脂炭复合材料力学性能的影响

摘要

采用具有不同针刺密度的网胎层/无纬布叠层碳纤维针刺毡为预制体,以酚醛树脂为先驱体,通过液相浸渍炭化工艺(LPI)制备针刺碳毡增强树脂炭复合材料.通过三点弯曲和压缩试验研究了碳毡针刺密度对树脂炭复合材料力学性能的影响,并探讨了针刺碳毡增强树脂炭复合材料的损伤破坏机制.结果 表明:当采用密度为0.4 g/cm3的针刺碳毡时,针刺密度会对碳毡的孔径分布产生影响,影响其浸渍炭化过程,并对树脂炭复合材料的力学性能有较大影响.当针刺深度为13 mm、针刺密度控制在20～50针/cm2时,复合材料的弯曲性能先增强后下降,并在针刺密度为40针/cm2时达到最高.随着针刺密度的增加,复合材料的横向压缩性能基本不变,纵向压缩性能逐渐增强.针刺碳毡增强树脂炭复合材料弯曲和压缩破坏特征分别为脆性断裂和塑性断裂,弯曲主要破坏模式为底部倒“V”型开裂破坏;横向压缩主要有三种破坏方式:分层破坏、层间剪切破坏及树脂炭压溃破坏.随着针刺密度的增加,纵向压缩破坏失效模式由层间分层及剪切破坏向端头多层纤维折断模式破坏转变.