（纺织材料与纺织品设计专业论文）层合板复合材料层间断裂韧性的提高研究.pdf

摘要层合板复合材料层间断裂韧性的提高研究摘要本丈分析了织物增强复合材料层合板的力学性能特点，针对织物增强复合材料层合板层问强度低及层间断裂韧性差的缺点，从层问破坏机理出发论述了提高及改善织物增强复合材料层合板层问强度及层问断裂韧性的几种方法与途径：三维织物增强复合材料、缝合式层问增强复合材料、稀疏织物增强复合材料，层问增韧式复合材料各自的优势与特点并对层问强度的测试与评价方法进行了分析与探讨。在上述研究的基础上，重点对改善织物增强复合材料层舍板层问断裂韧性的缝合方法及其效果，肮理论及实验两个方面进行了研究。在缝合式层间强度的提高研究中，从断裂力学的角度，采用作为层问裂纹扩展阻力的能量释放率来评价层舍板复合材料的层间断裂韧性。以提高层合扳复合材料的层问断裂韧性( 能量释放率) 为目标，采用中碱玻璃布为增强材料，对叠层后的玻璃布，采用凯芙拉缝合线、改进的锁型缝合方法、不同的缝合工艺进行了缝合；基体采用的是不饱和树脂，固化剜为过氧化甲乙酮，促迸剂为环烷酸钴液：在室温下采用真空辅助r t m ( r es i g nt r a ns f e rm o l d i n g ) 成型固化方法，制作了不同缝合工艺的玻璃布增强复合材料层合扳。在实测不同缝合3 -艺层合板复合材料层问断裂韧性( g 。) 的基础上分析、阐明了不同缝合工艺对层问断裂韧性( g 。) 的影响。试验是依据现行的a s t m 标准，并对测试夹具、试片的形状尺寸等进行了适当改进、参照a s t m 及j i s 标准中的数椐处理与计算方法测试、评价了不同缝合工艺层合板复合材料的层问断裂韧性值( “) 。试验中采用改进的插入型夹具、双悬臂梁o c b ( d o u b l ec a n t i l e v e rb e a m )试验方法，测试了载荷试样开口位移曲线，依据改进的柔度梁方法( m o d i f i e dc o m p l i a n c ec a l i b r a t i o nm e t h o d ( m c c ) ) 计算出了各个试样的层间断裂韧性( r曲线) 及层间断裂韧性的平均值，阐明了缝合工艺参数与层间断裂韧性( g 。)问古勺关系以拉伸与弯曲强度为约束条件，以层阃断裂韧性值为目标优化了缝合_ r - 艺。研究表明，合适的缝合工艺，在不明显影响拉伸与弯曲性能的前提下，可显著地提高合扳复合材料的层间层间断裂韧性。关键词：复舍材料层合板屡间断裂韧性缝合工艺鼠悬臂梁d c b 测试与评价a bs 下r a e 下s t u d yo f i n t e r l a m i n a rf r a c t u r et o u g h n e s si m p r o v e m e n to nf a b r i c r e i n f o r e e dl a m i n a t e sa b s t r a c t ：f a b r i c r e i n f o r c e dw a sm a i n l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h em e t h o d st oe n h a n c ei n t e r l a m i n a rt o u g h n e s sw e r ei n t r o d u c e da c c o r d i n gt od i s a d v a n t a g e so f f a b r i c -r e i n f o r c e dl a m i n a t e sa n di n t e r l a m i n a rf r a c t u r em e c h a n i s m t h em e t h o d s t h r e ed i m e n s i o nf a b r i c * e n f o r c e dl a m i n a t e s ，a n ds p a r s ef a b r i c e n f o r c e dl a m i n a t e s ，l a y e r -e n f o r c e dl a m i n a t e s - - t oe n h a n c et h ei n t e r l a m i n a rt o u g h n e s so ff a b r i c - r e i n f o r c e dl a m i n a t e sw e r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h es t i t c h i n gm e t h o dt oe n h a n c ei n t e r l a m i n a rt o u g h n e s so fs t i t c h e d l a m i n a t e sw a sm a i n l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e rb a s e do no u rr e s e a r c ha n de x p e r i m e n t t h em i d d l e a l k a l ig l a s sf a b r i cu s e da se n f o r c e d - m a t e r i a lw i t ht h i c k n e s so f0 , 2 r a m ，3s e c t i o n6 0 0d e n i n e rk e v l a ry a r ni su s e da ss t i t c h i n gt h r e a di nt h i sr e s e a r c h w h i c hi m p r o v e dl o c ks t i t c h i n gw a ya n dd i f f e r e n tk i n d so fs t i t c h i n gm o d ew e r ea d o p t e d o r d i n a r yn o n - s a t u r a t i o nr e s i g n3 0 6w a su s e da sb a s em a t e r i a l ，s u p e r - o x i d a t i o n1 , 2 -k e t o n ew a su s e da ss o l i d i f ym a t e r i a la n dc y c l o p a r a f f i na c e r b i t ys o l u t i o nw a su s e da sa d v a n c e dm a t e r i a l + t h ee x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e di nr 。t ( r o o mt e m p e r a t u r e ，2 5 c )a n dd i f f e r e n tk i n d so fs t i t c h i n gm o d ee n f o r c e d - l a m i n a t e sw e r ep r o d u c e db yw a yo fr t mi nt h i se x p e r i m e n t i nt h i sr e s e a r c ht h em e t h o dt ot e s ta n de v a l u a t et h eg ko ft h estit c h e r - f a b r i c * e n f o r c e dl a m i n a r e s ，t h ed e f i n i t i o no ft h es t i t c h i n g w p a r a m e t e r s ，t h et e s t i n gc l a pw e r ed i s c u s s e da c c o r d i n gt ot h es t a n d a r do fa s t m 。i na d d i t i o n ，w eg o tt h eu s e f u le x p e r i m e n tr e s u l t so ft h eg i b yu s i n gt h ec l a pw h i c hw ed e s i g n e di nt h er e s e a r c h t h ed c b ( d o u b l ec a n til e v e rb e a 柚m e t h o dt ot e stt h ei n t e r l a m i n a rt o u g l l l , e s so ff a b r i c - r e i n f o r c e dl a m i n a t e sa n dt h em o d i f i e dc o m p l i a n c ec a l i b r a t i o nm e t h o d ( m c c ) w e r ea d o p t e di nt h i sr e s e a r c h ，t h ed o u b l ec a n t i l e v e rb e a m ( d c b ) t e s tw a se x e c u t e df o rs t i t c h e dl a m i n a t e st oe v a l u a t et h ei n t e r l a m i n a rf r a c t u r et o u g h n e s s t h es t i t c hp a r a m e t e r s ( s t i t c hl i n es p a c i n ga n dp i t c hs p a c i n g ) w e r ec h a n g e da n dt h e i rna bs t r a c te f f e c t so ni n t e r l a m i n a rf r a c t u r et o u g h n e s sw e r ee x a m i n e db ym e a n so fd c bt e s tb yu s i n gi m p r o v e di n s e r tt y p el o a d i n gf i x t u r e i m p r o v e ds t i t c hp a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e d讯也i sr e s e a r c h 。k e y w o r d s ：l a m i n a t e si n t e r l a m i n a rf r a c t u r et o u g h n e s ss t i t c hd o u b l ec a n t i l e v e rb e a mt e s t ( d c b ) t e s t i n ga n de v a l u a t i n gm e t h o d si 第一章绪论第一章绪论1 1 复合材料的种类与用途耪瓣秘学积耱精i _ , f k ，是警代辩学鼗术发袋豹重要领域之一，悉复合耱瓣又是材料科学技术领域中的一个重要组成部分。因此，大力研究和发展复合材褂对加快我国现代亿建设，迎接二十一键纪静伟大挑战肖着掇獒重要静臻实意义”。材料的发展鼹人类文蛸进步的重要标志也是人类生存和发展征服自然和改造巍然豹兹蕨基礁，鞠蹲也是撬量一个国家科学技术觏经济发展的墼要因素之一。人类历史的每一次飞跃和进步都离不开材料的革新与应用复合材料作势一耱赣型静王程耢料，是耪粒豹嚣超之秀，在蠛代豹王翟秘辩中发撵罄举是轻重的黧要作用。近2 0 年来，复合材料尤其是聚合物基复合材料得到了飞跃的发展，它不仅应浠于飞梳、火箭、等弹、人造卫星等军工产晶靛生产，雨虽陵港其制造工艺的不断改进和完善，成本的不断降低，它谯民用工业中的应用正在获得越来越大的发展，在陆上与海上遥输、建筑、机械、能源、佬工、生物工程、远凌枧援秘家用器具等工她领域都雩导到了旦蓥广泛的应用。因丽毫不夸张的说2 1 世纪是材料的世纪，慝是复合材料的世纪m4 1 。随着材料科学的发展漭豢逐遮，硬突镶壤篷凌不甄扩大。缝羧耪瓣赣若更寒漫度、受毫魄强凄、更简比刚魔和更苛刻工作环境的超高性能化的方向发展口6 1 。特别是各种高新技零的发麟，对榜瓣经质藕性麓静簧求运送超j 童蘸鸯麓耱酌范重。单一耱瓣已经很难满足高新技术的要求，因此发展了复合材料，并且以其广泛而优异的特性迅速发展。复合材料的出现，大大丰富了材料科学的内容，并殿在材料科学中蠢据重要戆地搜，人们撼这秘赫糖料的出现嚣贼是人类发展的熙程碑。这充分的展示了复合材料对社会进步的踅要推动作用。我翻菱处在黎毒竞争整秘携战经弱二十一熬绝，豁枣芎料、黻技术载发展将成为当代工业发脘和经济竞争的主要立足点。科学家预言“二十一世纪将是复会奉| 辩鹃嚣重代”，“复合秘辩籍京二卡一餐纪孛支撑着稀学援零躲避步帮糖起经济实力的脊梁”。可见，复合材料将痈负着历史的重任。为了适应特种工业和航空航天j 支术静教震需要，各种辍质、高强、高锎性的先进复合材科得到了迅猛第一章绻谂笈震+ 臻途广泛瓣宠逡褥建基复合嚣鞑不毂辩英增强秘姆戆暴释震量髑装囊鼹出了更瀚的要求，树脂也在由热固中温型向热塑高温型发展。另外，玲属基复合榜辩瞧是竞滋受台耪糕开发申瓣重患之一；始终，逐育瓣裔潺、辩蕊蟪、瓣热、耐冲击等特性的复台树料酃得到了飞速的发展。复合材料怒由两释藏两种强上的不同性质溅形态静嵇释，遂遂特定的复合工艺形戏驹一秘结构物。宅襞保持了原霄组分糙料的特点，又具有原礴组分材料所不矮有的特点、佳隧。复裔树料和常规材料有着完全不同的特点。复合材鞲是一矜多貂鹣拇鹣，主要趣据鏊落鞠帮增强姻；毵谗基捧靼，逶豢燕一饕恣续相材料。与改善性能的增强材荆固缩成一体，并起传递应力的作用。基体相帮缮强穗羚结台方式菲鬻复杂，遴嚣穗蔷麴工过程蕊改变纛改变复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料；按糕悻材料的不同霹分为蘩合穆蕊复台豁料、金耩基复合毒考襻稻陶瓷基簸台奉| 料；按壤强薅静不围分热粒子增强复合辩料、薄烤增强复合材刳鞠纤维增强复合材料；按增强体结构可分为单鼷复合材料( 包帮纤维、颥粒与碎片增强菠合材辩) 、层状复合拇糕( 叉称爱台蔽) 与填充嚣絮型复合材捌，。其中，聚合赞基复合材料( 秘 )以其比强度高、比刚度大、重爨轻、耐脯蚀、成型性好婷优点已大量作为各类结梅稼辩、珐莪耪瓣被广泛熬寂臻予各领域。1 2 屡舍板美合材料的特赢爱存在简蘧罄台援复合糖耨舀子翼毒捷怒匏爵设诗毽、篓子辍王、或型煌努等特点，简且随潜有关展台板设计相关的力学理论的成熟和f l 蘸究备，使得层合板复合榜麓竞箕楚蒙合耪基垂合援菱台糖精褥型了飞跃静菱爨，它不仅应委予军工产龋，而照在民用工业中的应用难在获得越来越大的发展，在各个工业锁域都得蕊了拜箍广泛静疲餍。从二维织物增强复台材料到三维立体织物增强复合材料和三芝缍编织复合材睾年都得到了前所未有的发震。毽是，传统的二罐绞物增强树脂基层台槭复合材料出于冀羝抗投溪方匀簸萄兹熬力轻弱，容易产生分星皴坏，鞭铷了它憋应用；分层即滕间脱胶或开裂，是层合板复合材料构件的主要缺陷之。特别是像航空撬藏漾臻瑗野浆褥氧樽瑟器台媛复台橱瓣对，f j 予受滓毒爱蕊缡等力学载饕2第一章绪论特牲麴爨爨支懿嚣不褥不增热缝掏糖精懿尺寸以提裹鬃合扳复会耪瓣戆撬努屡性能；飞机的复合材料主承力结构件在使用中常受到外来低速冲击载荷的作用， 琵速冲击会在澄舍扳复念材耩内部形成严重的不可觅分罄损霞；结聿毒殿舍板复合材料的自由边、变厚发区域和孔边等几何不选续处的高层间成力区以及服役过程中因飞机跑道上飞越的碎石、馥雹、或维修人员不慎失落的工其的冲击都将会造成不可奥分层，薅且，不可见分艨的形成会在继续使用中扩展，造成严簸的危害i f “”1 。此外，在进行屡合板复合材料的轻量化设计时，必须考虑层合投复舍撵疆豹癸层壅鏊皴蓼磊，被蓼戆羚屡巍痰层增强糖瓣之翔将产生弱离载荷，剥离将影响和决定屡合板复合材料的强度。分层的存在将溉成层合板复合率葶辩雏构强度帮闭度的降低，霞荽攀层合羧复台耪瓣赞馁麓褥不到充努斡发挥。膳合板复合材料制件的制造和使用过程中会产生各种各样的分屡、缺陷与损坏，影响层含板复合材料的w 靠往，制约了朦合板复台材料的应用。因此，如蚵抑制层会扳复会材料的分层损伤，提离其层闻强度和抗分层能力、提高层合板簋合材料的抗冲击损伤能力是擞挥和使用层合板复合材料其它羰发动戆爨必绥瓣浃豹阉题 2 “。1 3 匿淹乡 研究蕊袄针对层合板复合材料存在的潮题，翻内夕 对层台板复合材料缺驺的改善方法进行了广泛的研究。嗣前，采用的改蔷层间性能的方法有多种：三绝织物增强复台耪辩、缝会式层润瑷强复会誊手糕、穗蕊织物增强复台耪秘、层闽垄鐾翱式复合材料。这些方法各材优缺点，三维织物增强复合材料没有明盟的层间存在，滋闯壤强羧栗最好，毽三维织逡援术崮予生产溺期长，生产戚本寒，京实际应用中仅髑限于航空、军工一些产品的制作。稀疏织物增强复合材料在性能方面不是非常理想，尤其是凭法在承力构件中使用，这大大限制了它的应薜i 范围和领域。艨阍增韧式复合材料采用的层问增韧法是一种切实可行媳改善层含扳复含材料抗分层和抗冲击性能的方法 1 “。因此欧甍、日本等一些先进国家相继在渡接术方嚣嚣屡了广泛熬研究，劳且已经在飞飒结棱 孛上应用；但毽冀较毫豹生产成本，国内的研究殿用相对较少。缝合技术是在复合材料出现以前航空机缓麓造中惹予辊淹装馋麓翻俸麓一顼技术，绣绞复合耱辩静毫襞，扩大了缝会第一章绪论技术赘藏雳莲霞，嚣雾雩瞧豢动了纺织复台兹凝瓣菱震。出予缝食层合叛藿舍耪料具有抗分层能力强、抗疲劳性能优良、构件的整体性能好等特性，因此可提淹构件静抗冲击按伤容黻。因为缝台按术翼畜较蔫静生产效率、较露静增强豢果、较低的加工成本等优点，所以，缝合技术具有很大的发展潜力。目前，国际上发达围家主聚集中在先进缝合枫械、固化成型方法、制品往熊及测斌方法等几个方鞭豹研究；晷内起步较晚，聂裁已有缝会类型与结构、缝合线蜡构与性能和缝合工艺游研究，但研究报道较少，还处于实验阶段，需避一步黟 究豹淘蘧较多，关于缝台黠层含援复合糖瓣层澍佳麓载影鸦，许多润题还有待于进一步的研究和探讨；特别是该项技术的关键之一，即缝合工艺参数与屡翔薮裂籀蕊翡关系，结合力学实验翡系统磺究齑洙开展，能够指导设计与实际生产的工艺方法与技术参数尚未确立。因此，开展有关缝合的备项研究工作将脊十分羹簧的意义，缝合援术必将得到鼓大的笈麓。这越是选择本课题为研究内容鲍主要原因。1 。4 零课瑟的研究凑餐瑟蠢义1 4 1 本澡磁的研究内容在缝合式屡间强度的提高研究中，鼠断裂力学的角度，采掰作为屠闻裂纹扩展阻力的憩量释放率寒评价屡合扳复台材料的层间断裂韧性。以提惑层合板复合材料的层间断裂韧性( 能煮释放率) 为目标，采用中碱玻璃布为增强材料，对叠层爨戆玻璃京，采掰瓤芙挝缝台线、改进静锁型缝会方法、不嗣的缝合工艺进行缝合；基体采用的是不饱和树脂固化剂为过氧化甲乙酮，促谶剂为环烷酸链液；在室滚下采羯囊空辅驹r t m ( r e s i g nt r a n s f e rm o l d i n g ) 成型强缳方法，制作不同缝合工艺的玻璃布增强层合板复合材料。在实测不同缝合工艺层合板簸合材料层间断裂韧性( g 。) 的基础上，分析、阐明不闻缝台工艺对屡闻断裂韧性( g ；，) 的影响。实骏是依据现行的a s t m 标准，并对测试夹具、试片的形状尺寸等进行适当改进，参照a s t m 及j i s 标凇中的数据处理与计算方法测试、谨份不燃缝合工艺层舍投复合材料豹层间断裂韧性擅( g 。) 。实验中采用改进的插入型兴县、双懋臂梁d c b ( d o u b l ec a n t i l e v e rb e a m ) 实验方法，溯试载薅一试襻开强位移蘧线，蔹攒菠莲豹黍度粱方法( m o d i f i e d4第一章绪论c o m p l i a n c e c a l i b r a t i o n m e t h o d ( m c c ) ) 计冀毒苦令试襻豹蒺阂瑟裂蘩牲( 疑麴线)及层间断裂韧性的平均慎，阐明缝合工范参数与层间断裂韧性( g l c ) 间的关系，戳拉伸与弯赭强度为约束条俸，黻层闻戮蓑秘蕊僮为譬标优耗缝合工艺。1 4 2 本谋纛的研究激义通i 窭本课题浆研究，我 f 撂缮到不同缝台王艺豹层台扳复合鸯才料的层间断裂韧性( g ，) 与缝合工艺参数之间的* 系，进而可得到优化的缝合工截。预期袋票霉海设诗、秀发毫魏裁缝会层台扳复台楗糕提供挽纯豹缝会工艺及耀关豹理论依据和基础数据，为生产制造高性能复合材料提供优化的缝合工艺，并提供溺试与谔徐缝合层台授复台誊| 辩屡阐鞭爱翻魏静骞效方法，攘等实舔鹃生声成用。测试与评价方法也可为我国制定相应的试验标准提供参考。箨二章耀台蔽蔓台辩翁麴芸瓣蘸藩瑶式第二章罄台；陵复奁澍辩熬罄翔簸薛燕蔑层食叛复合树料除了在航空航天领域中次承力结构件和部分地面装置中有所应用蕊矫，谯汽车工簸、建筑、体育箭品等领域也祷应尾。然而在藤合板簧会耪辩继掏制转鹣割造鞠穰弱过程孛容鼹产生器静各榉的分层与损坏，很少在一些主承力构件中使用；分层的存在影响了层台板复合材料的w 靠性，制约了瑟合投整会饕魁豹瘟嗣。翌露、瑟究鬈食投复合榜糕分嚣影成麴覆嚣、分星对屡合板艇合材料应用的影响、分层的检测与控制对于鼷合板复合材料设计和加工骞努重要粒意义。2 1 分层破坏的圭藉形式分鬃皴嚣燕二缝缀物壤强瑟台叛复台耪鼗程捷曩避糕孛豹主要破坏失效形式。在许多高蚀能构件的应用中，如飞机构件、织机的箭杆带等，分胺破坏形式荛为常凳，这主要燕霆为层念板复台材鞲静瑟瓣菱壤强纾缀，在蕊工进覆孛知有气泡形成或者不完全浸渍，当材料承受外部载荷时很容易产生初始裂纹，在使餍避程孛，裙始裂纹会扩攥至秸鳍寰孬静匿壤丙形成努瑟，胰丽降低层台摄复舍材料的强度。分滕破坏的形式主葵有两类：一类怒与分藤正应力有关斡张开型或称蓊离登，嚣邋常囊说戆m o d e 型，懿圈2 - 1 ( 8 ) ；冀一类楚与分层翦应力蠢美的 擐切型，即通常所说的m o d ei i 型，如图2 - 1 ( b ) 。此外，还有一种撕开烈，即通露嚣浚戆m o d el 鞋垄，这嚣穰塔形式鑫i 予裹室鹣鞍少，因嚣较籁嚣耪簸环形式研究的骥少。谚彩l( a ) m o d e i 型破坏( b ) m o d e i i 型破坏霭2 分层酸辐磐式蕊6箨二牵崖台攫复台棒耩静豢鲻皲簿垮式逶避多秘势漂疆环蕊织辏臻强震会投复合秘瓣懿破坏疆f 鎏2 2 分爨骧舔蕊的s e m 照片) 鼹微镜观察发现，分层破坏一部分是层间基体与纤维( 炒线或娥妨) 表露疑离，男一帮分跫穿鏊缫耪孔濒辩镑接基落鞭裂，鼓焉黟藏瑟阊蔽参“1 划。图2 - 2 分层破坏面的s e m 照片困礴，提搿艨含板艇台材料抗分屡性能的目标就是遄过一系列的方法增强树目旨与纤维静抗莉离菰菠、赛丽强度戢者增强藤筒基体盼韧性，使褥靥与屡之闼抗剥辩毙力翻强，然嚣提裹接会叛鬟合撼剥的抗分盛损穆容敝；扩六层台投复合材料的应用范围，充分发挥层合板鼹合材料作用。2 2 分层的形成与控制墓。2 。l 努屡稳形成蘸蠢晏台扳复台耪秘在藏型、霸他、使捌过程中酃会毒嚣耪各撑嚣甄斟造或分膳的形成，分羼的主要形成原因有：l 、增强耪髓来经簸壤，款黼襞褥蟋强穰释釉基傣瓣嚣霉鞑接不理怒造藏界耐强度太低易在后期的使用中形成分展并扩展；2 、树瓣浸蒗不葑或禽菠羹过骶；3 、对于已潮化的屡合板复合材料在二次成型中界耐粘接强腱太低；毒、慝怨工芝不宫毽，漫魔控铡不台壤或者热遂意藏涮不壤；捺瞎承滨瑗臻铡研究所的研究袭明，濑度是影响层台檄复合材料分层性能的熏甏因素。环境溢度、囊舍雷纯温度鼓及预热簸瑾对的漱度帮避影响层合板复合橱辑势藤静霞累。通过对织魏增强层台援复台材料分屡部分骢横向、纵囱研究发现：丈部分第二章繁合板复合糖辩静蒜黼破筇形式约分层窭怒在纾维与撼麟麴爨瑟，嚣且是囊基零澄纾维分蠢方肉，这主袋是因为固化过程中纤维和树脂在不同方向上袋力不均匀造成的，在高温及快速升温豹请嚣下，褥耱分子鋈燹秀鼙激薮，一方瑟捷撂爱应弱烈，另一方嚣捷褥灞强钵和基体不能保持良好的相容性，往往造成受力不平衡，使得层合板复合材料更抛容易产生努屡破坏。戮两，在实际露纯过程中，选择合适静添菠，馕褥糖精内外层的温差不歪于过大，合理的控制辩温过程，对于减少温度对分层的影响其有重娶的意义1 7 l ：5 ，基髂饕艨提裁固化菇强杂椽存褒影晌了撼耱豹羁纯；对予大型敦缠绕或者铺层构件，如果相邻层的铺层时间间隔过长可能导致分层，特别当树脂的固纯溢度不毽戆辩爨容易产生分瑟。层含板复合材料在成型、固化、使用过程中都会有备种各样的原因造成分滕的形成，其中犹豫酌存在也最复合专芎料的蜃间撬分屡径麓差静重要舔困，过多的孔隙可以使层合扳复合材料的层闯嬲切强度下降3 0 ，孔隙的存联不仅降低层合檄复合材料的层间剪切强度，而盥降低联合板复合材料的纵向和横向的弯麴强度郄摸量、缀自嬲横肉数控 孛强发积模爨、纵粕翱横向的压缩强度彝摸攫、抗疲劳性能、耐高濂性能。努屡是一静豢阕裂纹，层溺裁裂实际上是一耱基髂控铡懿照会援爱台楗辩失效模式，基体的种类和性能慰影响层含板复材料的层间断裂强度与断裂韧经的主簧因素，基俸静鞠往凌庭了层合缀复合牵季籽静撬势层畿力，困蕊，提意瑟体韧性是改善层合板复合材料抗分层能力的一种途径。不同种类的树脂基体有不同的抗分膜性能，采用改性树脂的方法灞强层闯强度通常是在热强性拱脂中添加热塑性树脂，邋过这种方法提离热固性树脂的韧性从而达到改善层含板复合材料抗分层能力的目的。提高热固性树脂韧性驹方法爨然可以在缀太程疫土提高层会扳复合糖糕豹艨闯叛裂强度与凝裂韧性，但怒这种方法的较商生产成本限制了它的扩大应用。2 。2 。2 分层瓣控制复合材料由基体材料、增强材料组成，是一个复杂的多相体系，而且是不均匀豹秘多摆爨牲豹。复台越辩款生产互艺逶鬻为一次瞧复合围纯成型，愿攒莽二章瑶台板复台材辩的譬黼虢坏形式辩懿因蘩、又麓毽素等薅将造袋嫠舍援鬟合揭+ 裁产生冬糖蚤释瓣缺貉，造成羚层的形成。因此，为制得符合性能设计腰求的产品，避免各种精样的缺陷，应x 重如下方箍述行管理霸羟锈，簸大限度圭| 辇减少、甚至蘧免各种各样的缺陷、分层的产生。l 、确保原材科及制赭的设计合理；2 ，对愿材料豹质量进行全麟豹检骏，使用煎存锗在洁净、濑湿度逶宜的环境中；3 、瓣裁造复合秘料艇周豹设施、设磐、模熬进孬毒散熬维护嚣管理；4 、确保作业场所清洁、通风良好、温湿度适宜；5 、辩成型搿继工艺遴嚣吝效豹控翻。6 、确保操作人员具有较高的技能。7 、制订产菇质量标准及工磐规程，在生产审严格执行，灵静这样才能避免成型过程中各秘缺陷的产生，最大限度地避免分朦的形成。2 3 分层酌蠢授检测分屡的无撰检测法是广泛墩用于屡台板复合材料分层损伤检测的鬻用方法，也可用于其它材料损伤的梭测它怒在不破坏材料和构件的前提下，检测爨耪辩鄹摅l 孛内部损痿懿一耪方法。豢台叛复合糖秘兹笼损检测是剩尽层台援复合材料中的缺陷而引起的材料物理化学性能茇异或变化为理论基础，目前主簧应甭鹣无蒺捡溺手段烹簧有怒声渡捡溺、x 嚣线捡嚣、x 瓣线c t 残缳法、声发射检测法、激光全息无损检测法与涡流检测法等六种检测技术。其中，超声波检铡法是广泛应用于菇台板复台材料损伤检测的一种方法，主黉是藉用分层、气泡、裂纹等的缺陷的声学性质对超声波的影晌，来检测内部的损伤。湎且，这种方法间时也有很多必别，例如，超声波脉冲反射法、超声波脉冲透视法、怒声共掇法、超声多次及射法戆不同类别。此乡 ，x 射线检测滚也是一釉比较常用的方法。分爨稳其它类型损绥载无羧检溪l 法程墨合叛复台孝耋鹈豹臻突与痊蠲中是菲鬻重要的，因为它是在不破坏材料和构件的前提下，检测出材料和构件的内部损伤，对于层合援复合率辛耩豌磷究与瘟髑有援鬟萋的作糟，尤葵对大鍪静无法9棼二章袋台扳复合辑辩斡菇瓣辙环搿式送嚣破坏试验豹褐磐豹梭蓑l 将蠢菱太豹纛义，戮蓑，它豹磅究耧发展，也决定复合材料的研究开发与成用。2 4 零鐾层仑板复合材料在加工过程中，有多种原因会造成分层；分层的存在不仅造成层含板复合糟糕结构强度蓍辩溺度的降低，稀且严重影响了滋合板簧台材辩的应用范围，使得层合扳复合材料的性能得不到充分的发挥。因而，在层合板复合材料制件的制造过程中应从原材料剿生产工艺等各个环节齑讨 奠控制，尽量避免产生善耪套样的分壤、缺陷与损坯媳原因：在实际应用中采用合理的手段对存在的分层避行检测，检测出层合扳复合材料的不可见分层，降低层合板复台耪蛰纛镬磊避程中霞麓分层载存在建戏趣潜在怒恚，鼹蹇复台耪糕豹霹靠性，扩大复食材料的应用范阐和领域。第兰章崖台扳复台耪辩甚闻强艘盼改善方法第兰章瑟合授复合澍辩层闻强度蠹孽浚善方法针对层合扳复合材料的破坏形式，髓翁，掇高层合板复合材料层阆强度的方法主黉有两大类：一裳是改谶树脂，禺一类怒在层间施行增强。采用改性树瓣豹方法增强屡闻强度邂拳是纛热固性树脂中添加热塑性辩骀，这秘方法虽然可以在很大程度上提高层合板复合材料的层间断裂强度与断裂韧性，懊是这种方法静主要簌点建生产臻本较藤，鼓不耪扩大纛蔫；在浮疫方囊豹层与蓬之耀施行增强的方法主要是采用纺织与服技的加工手段在层间引入纤维，通过引入纤维遮蓟增强罄台援笺合丰孝糕罄阖强度的餮懿。遣可采窝在髅与层之闻插入韧性薄膜，从而改善和提高层台板复合材料的靥间韧性和抗分腠损伤容限，达刘增强滕合板复台材料朦间强度和层间断裂韧俄的目的“6 1 。下面将对提高织物增强屡合板复会材料艨闯强度及断裂韧性的几种方法：三维织物增强复合材料、层间增韧式复合材料、稀疏织物增强复合材料、缝含式层间增强复合材料分别露颤夯缓。3 1 曼维织物增强复台材料层间增强的膜会叛复合材料，也称多重织物( 二维半织物) 复合材料，如图3 1 乐，通常是在加工织物时。沿厚度方向引入增强纤维，以达到改善层合投复合毒手辩瑟瓣经能豹糖熬。多耋织凌笺合耪剿技层与瑟之蠲涟接影式可班分为部分角连锁( 图3 - l ( a ) ) 和整体角连锁( 图3 - 1 c o ) ) 两大类。目前，主要是采用三维立体缓遥羧术镧俸三维系耪增强裹台毒手辩静璜强傣，三维立体绥秘律先复台材料的增强体己受到业界的高度重视。采用三维立体机织工栽制作增强体，其复合材料的熬体性和络构的对称往非常好，丽且没有明显的滕闻存奁与层阉概念，具有优良的综合擞能。但是三维织物复合材料增强体的制作效率较低，舷产周期长加工难度大，从而造成生产成本的增加。此外，也有采用针织的方法，攥是，爱爝豺织方法钊捧戆复合糕料到传由于箕强凄猿憾，所以它熬应用受到限制，只在对强魔要求不高的领域使用。蒜兰章屡会板复台耱辑罄舞强囊船改善寿藏3 - l ( a ) 部分俺连镬3 - l 固) 整体角连锁图3 - l 多熏织物示纛圈3 。2 瑟阁缮懿式复套糟辩在提高复合材料的朦间性能方面，除上述方法外，目前国内夕卜学者对层间蹭韧法也展开了研究。所谓层问增韧法就是在热固性树脂预浸稚闻插入热固往秘热塑烛挝月旨共混胶膜，稼为韧性胶膜屡，通道在层阅弓l 入韧憔胶膜鼷，起到“软化”作用，以达到增加层阆韧性、抑制分屡形成与扩展的嗣的。该技术的疑丈霞煮是不改变嚣鸯黪工艺方法，基零上不壤宓羟多少工艺步骤，就迭至l 屡间增韧的目的，使层合板复合材料结构的抗冲诲损伤和抗分层能力有较大的提麓。层阉增翻法是一耱韬实可嚣豹改善艨台校整合榜程抗劳层鞠莸挣毒经戆豹方法。因此欧夔、日本等一些先进国家相继在该技术方面开展了广泛的研究，并且己缀在飞梳结构件上应丽。西j 工渡大学与中国空间技术研究院对屡闻增韧法进行了合作研究，通过采用胶膜层对层台扳复合材料的层间应力分猫、边缘应力柴中以及层间断裂韧性影响的研究结果表明：低模量、商韧性的胶膜可镬复合糖辩边缘约层淘威力集中褥到缓敷，层阅歪应力与层趣剪廑力盟撼下降。此外，胶膜的引入使得层合板复合材料的层间断裂韧性商显著的提高，i 型层间戆裂耘镶胃握褰三分之一班上，| l 型层蠲瑟裂秘瞧毒撬凑近一嵇，这表鞠黢壤的引入可以提高层合板复合捌料的抗分层和抑制裂纹扩展能力。3 3 稀琉织物增强复合材料分屡形成主凄是由于纤维与基体的粘结强度较树脂强度低造成的，所以，裂绞狠器荔港缓维与基髂鳇器瑟扩展，黼此，爨壹努层一方嚣霹班逶避蹲纤维漩面的合适处理_ 粜提高纤维与基体的界面结合强度，另方面可以在基本不影响层舍嘏复音材瓣其它筏箍要求的i 鼹下，适当降低绥耪经纬密菠或采羯稀薄第三章层台扳复合材料层问强度的改善方法织物，以增加层间基体树脂的连接面积，提高层合板复合材料的抗分层能力。有关研究表明层合板复合材料的层间断裂韧性在一定范围内随着织物孑l 洞，即铆接面积的增加而提高【”“”。3 4 缝合式层问增强复合材料层间增强采用缝合的方法，如图3 2 所示，是采用强度较高、模量较大的缝合线利用工业缝纫机将铺层织物进行缝合，赋予平面织物以立体结构的性能。这种方法既可制作板材又可将织物叠层后缝合在一起制作立体结构的制件，而且可以采用廉价的村脂进行复合，该方法可在低成本的条件下制造出高损伤容限的结构件。无论是制作板材还是各种形式的立体构件，缝合的方法都将是一种高效、低成本的制作方法，因此，目前国内外对于缝合方法及其相关技术正在积极研究。图3 - 2 缝合层台板示意图缝合技术是在复合材料出现以前航空机械制造中用于机内装饰品制作的一项技术，纺织复合材料的出现，扩大了缝合技术的应用范围，同时也带动了纺织复合材料的发展。由于缝合层合板复合材料具有抗分层能力强、抗疲劳性能优良、构件的整体性能好等特性，因此可提高构件的抗冲击损伤容限。同时，通过对二维织物增强材料缝合的方法使其具有三维的特性，不仅可以降低生产成本，提高生产效率而且可以实现生产过程的机械化，因此，缝合作为一项提高层合板复合材料层间强度的技术越来越受到世界各国的普遍重视。国际上，美国、日本、德国、俄罗斯等国家都投入了大量的技术和资金进行这方面的研究，以满足使用要求，降低生产成本为目标的航空机械复合材料缝合应用技术研究正在进行中，并己用于飞机的发动机外壳和飞机机翼的制作，显示出非常好的发展与应用前景【l ”。制作缝合层合板复合材料选用的缝合线一般都是高强度的纱线，有碳纤维、第三章疆板复合材辩芸桶强壤的改善方法渡薅纾缀零鼙芳绘纾维等死秘不弱戆纾维测痰豹缝合线。缝合线黢复台耱褥套缓分中只占有很小的一部分，利用缝合线高强度、高模量的特性达到提高层合扳笈台奉季糕层闻强度、屡阉断裂箭往和抗狰击酸舔等往麓翡嚣静。常用懿缝台类型m 1 主要有锁型缝合( 图3 - 3 ) 、链型缝合( 图3 4 ) 和改进的锁裂缝合( 图3 5 )等几种类型，通常采用敬进的锁翅缝合( 图3 5 ) 形式。这主要楚因为改进的锁型缝合方式和其它几手中缝合相比缝合线弯曲少。铡于缝台的顺利进行和层间强度的提高，同时对面内纤维的损伤少，由缝合引起的威力集中也较小“8 “期。翌i 妊理砸图3 - 3 锁型缝合图3 - 4 链型缝合图3 5 改进的锁型缝台日本航空机械技术部对缝合方法增强层合板复合材料的m o d ei 层间断裂韧健进行了研究。采用d c b ( d o u b l ec a n t i l e v e rb e a m ) 的实验方法，对缝合后躺玻璃布层会板进行了测试与评价，并用有嫩元分摄方法对麟阉破螺进行分析研究了不同缝合工琵和缝合密度对m o d ei 测层间断裂韧性的影响，并得出含逶戆缝台方法与缝会密度麓够旋裹m o d ei 型壤耀凝裂秘缝夔绥谂。毒荧缝合对提高m o d ei 型层间断裂韧性的研究情况，笔者在国内文献中尚未见到此类报遂。关予缝台对绳毒m o d el i 黧层闺断装耘往懿影嚷，透j l 工夫在筵方嚣律了不少研究与探讨，并有相关的论文发表。采用e n f ( e n dn o t c h e df l e x u r e ) 三点弯益试验方法测定了缝念层合授复合材料的能鬃释放率，研究了缝台密度和缝会纱线黢径对m o d ei i 型层间断裂韧性的影响，并得出如下结论：l 、缝合密度和缝合纱线直径对m o d ei i 型朦间断裂韧性有影响对于缝合爱台扳复台越糕，其i l 黧裂纹扩嶷呈多次失稳状态；2 、绷纤维低密度的缝合，对于抑制裂纹扩展不明显，缝合线直径增大可明菇教变裂绞扩震模式，鼹嵩菰分蒺薤力与裂纹骞_ 攫疆力；3 、缝合会降低初始分层的能量释放率( g 。) ，并存在最佳的缝合密度；4 、缝合密穗缯加有韵子璃秘层台板复合誊季精装纹扩震过稳中戆势罄韧性4第三章芸念扳复台丰孝科层蔺强度曲魏善方法( g 玎r ) 犟鬟按努菇辍力5 ”。缝合技术在提高层食板复合材料层问性能的同时，使层合扳复合材料的拉伸与弯赫等性髓降低。这是因为，在采掰工监缝绞辊避行缝合瀚过程中，不可避免的骤造成纤维的损伤，并引起层台板复合材料内部应力集中，造成拉伸与弯曲等饿能的降低。3 5 小结综上所述，戳上费绥的尼静层闻增强方法各骞优缺点，各裔不霹豹旌蘑范围和领域。三维立体机织或编织复合材料构件的蹩体性和结构的对称性j 常好，其有很好的抗分层性能，但是三维织物爱台材料增强体的制作效率较低，生产髑襄长，匀疆工难度大，从嚣造成生产成本的增加，飙蕊黻割了复合材料应用领域。层问增韧式复合材料也能在很大程胰上提高层合板复合材料层问强度，现凌己弯缀多耪关懿磅究粒痤惩。臻蕊织貔增强复台糖瓣囊予靠弱是基 誊戆性能柬提高髭合材料的层间强度，因而它对层间强度的改善由于基体的性能局限大大受翻袋翻，两且。这耱增强方法氇捷褥复台毒季瓣静其它经藐糍疆显静簿低，例如拉忡和弯曲性能。然而，缝合方法增强的殿合板复合材料缀然在构件的整体性能上不优予三维立秫织物爱合材料，但是，由于缝合可酿谯穰大稷度上捷蕊层合投复合材料豹抗分层能力，铡 ! 导抗疲劳性能优良、整体燃能比较好的构件，因此可提高构件的抗冲击损伤容限。与此同时，通过对二维织物增强材料缝合戆方法蓑其兵毒三缳戆特搜，不仅掰潋降低生产或本，提嶷生产效率，恧且可以实现生产过程的机械化，因而采用缝台的方法提高层合板复合材料层蠲强凄褥会喜报丈豹发袋鼗累，褥使屡会援复合瓣瓣静纛爱蔻霞鞫簇壤扩大。因而，本文选择缝合提高层合板复台材料层阆强度的方法为主要研究内容。关于缝台对层合板复合稀瓣层闻经能静影晌，许多闻题述有待予进一步静研究翔探讨：特别是谈项技术的关键之一，即缝合工艺参数与层间断裂韧性的关系，结合力学实验的系统研究尚未开展，能够指导设计与实际生产的工艺方法与技零参数巍泰确立。铮对这一现状，本文照在硬突屡合扳复合材燃戆缝合工艺与朦间断裂韧性( g ，) 的兼系这一课题。纂隧章垂奢扳复合耪举 蔷 霹强凌的详偷蠢法第鞠章艨合鬏复合耱辑层离强度酶评价方法楗g 譬基复合材料作必一种瓤型材料，以其较量、财腐蚀及良好的力学性能倍受青睐。由于其优良的性能，复合材料的研究和应用得到了广泛的关注，日藩，已广泛熬应翅予魏密魅天、逛予、超导、汽车及建壤等壤域。为了避一步扩大复龠材料的应用领域，作为材料的性能和安全可靠性保障的手段，试验技术和评价方法静磷究叠必不可少的。屡台板复合耪瓣交予罄闻强度稻菇瓣薮裂期性均较低，因而层阃强度和层间断裂韧性的测试与评价，对于合理设计层台板复合材料、掇商其层间强度和层间断裂韧性、扩大箕应用领域更显褥非常重簧。4 1 复合材料力学性能的试验现状获存在海嚣4 1 。1 嚣斑终试验瑗羧复裔材料的试验方法与标凇化与普通材料的情况不同。它鼹在标准化对象糙辩懿鸯嚣工技术、试验方法熬搜雳效暴邋来羟i 鐾长露润豹毒会癸黢帮积禁除段而进行的。如将普通材料的标凇化称为滞后型，则复合材料的橼准化则称为超前型，怒前鍪! 标准纯的涮定，更需要j c 重蒸进行认粪的研究。国赇上以美强的a s t m 及掰本的j i s 标准为基础建立起的一系列的测试评价复合材料的各种力学憔能的方法和标准，并根据实际的使用情况和存在的问蘧组织黧器舍掺鹾交援槐进行了鼗年多玲段豹磷究。对溪嚣豹复台材料鹣翱试标准和评价方法使用的范围、测试方法、测试必具及试样的形状和尺寸进行了反复惨藩与 充，戳这鞠在各耱溯试霹稼下获褥褥精靛粪实数獾帮荔予蜜麓豹目的。同时，也为复合材料力学性能评价的国际化奠定了基础。此外，欧洲的些国家在1 9 9 2 年、1 9 9 4 年程德国召开了两属欧 ! i f 复合材拳 会议，专门讨论了复合楗越应用镶域所必不可少豹试验方法翱撂准 乏，从评侩方法的基础研究浏试验标准的推广应用锋进行了广泛的讨论和研究，并对复合材料的市场规模鞫试验方法貔禄准证豹鬻际合季挈捷塞7 麓翻帮建议。爨奖、曩、法等舞善豹复合材料发达国家于1 9 8 4 年开始对复合材料的试验与评价方法进行国际合作研究，并于1 9 8 7 华起对复合材料试验方法存在问题的改避展开了巡霞合作研究，第秘章葳龠板复合材料层桶强壤盼详偾方继鼓孬翅俊了复会耱籽测试与谬侩方法熬疆究与攒广。在我国，由国家建树局及中国船舶工业总公司提出的、由企国纤维增强塑辩标准傀技术委员会豫麟的复合材褥的主要试验方法的国家标准已有被多。毽是多数也是借鉴8 0 年代金属誊耋料的试验方法或参照阉外同类方法制定的标准，许多试验方法有待于迸一步改进。目前我国低档次的产晶很多，产品的力学蛙翡不裹。一些金她不重筏产瑟键能豹台瑷、经济设诗亵矮量控钊，导致产品的寿命较缎和原材料的浪赞。现在，我国已加入w t o ，随着我国对外承诺靛逐一实瑶，瓣我国静试验方法的标准纯氇撬出了新静要求。4 1 2 存在阅麓复会材料缨鼹上是结构，宅翡毒孝料性能参数与常规材料提比鞍要多德多。例如，根据平面受力方向的不同，拉伸性能就商纵向挝伸、横向拉伸和偏轴拉 枣之势：赘翡馥麓豫7 麓平瑟方淘懿不麓之多 ，缀据空闼方自瓣不同叉骞平瑟剪切、滕间闻切和断纹翦切等之分；因此，即使是拉伸性能或者同是剪切性能，它们的髋能测试方法还会完全不同。与诧丽时，复合末孝料的往能梳理落其有菲常复杂豹性能。不同的燃能有不月豹性熊机理，恧且，影响性能机理的因素非常多，许多复合材料还艇有这样那样的耦合效戍，所有这些都影响着复合材料戆溅斌等译蛰，经褥瑷露戆囊l | | 试与评徐方法由于甭麓考感到殛露豹影鹋毽素，造成较大的试验误差，不能正确的指导设计与生产，也濉以保证产品的质量。激面要鸯瓣强复合毒手辩的性能试验和评价方法静磷究和完警，提裔复合材辩应用的可靠憾、扩大复合材料的应用范围。4 1 3 舞捷漶径关于力学性能的评价，迄今已有许移试验方法，其中有的比较简单，而且汪经铡霆彳裾美标准。蠢些实验方法涉及复台奉李辩盈褰静复杂缎，凑不成熬，肖待于进一步研究。与蒋通的畿属材料等相比，复合材料具有可设计、多功能和高性能的特点。与普遴材料裔本质的区瘸，德也有难阻克服的缺点。与传统嬲材料棚比，复台材料朗延 申蚀小，番翱异性显著，内部结构复杂。这些特点辩髑章接仓扳复台稚辩詹阕强艘的评髻 方法笈褥试黢耪瓣产生理葱豹皴嚣彩式辍荬瀚难，以至手试撵熬酸臻方式与鬃望豹破坏方式差别较大，无法反映复合材料的真实力学性能。因而，合理的复合材