双轴向多层衬纱织物拉伸性能试验研究

双轴向多层衬纱织物拉伸性能试验研究

1测试1.1材料结构参数原料生产：选择纤维和回归自然纤维的垂直、倾斜和层压板织物作为增强结构。1.1罗纹法用于安装绑架系统。下层和下层两侧为衬垫纱布，中部一层为衬垫纱布。玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维,芳纶纤维为日本杜邦生产的Kevlar49纤维,结构参数见表1。由表1可以看出织物中衬经纱和衬纬纱的体积含量是相同的,绑缚纱的体积含量可以忽略不计。层合板由四层织物按相同的方向叠加复合而成,采用RTM成型工艺,即树脂传递模塑法固化成型。本试验所用树脂为聚乙烯基酯树脂与固化剂、促进剂按照一定的比例配制而成。复合固化后试验用试样尺寸和纤维体积含量见表2。1.2拉伸性能测试目前,以纬编双轴向多层衬纱织物为增强结构制成的复合材料还没有与其完全相对应的拉伸性能测试标准,因此采用纤维增强塑料性能试验方法总则(GB1446—83)和玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法(GB1447—83)对其拉伸性能进行测试。为了保证测得试验数据的准确,使得试样在拉伸过程中不发生滑脱,并使试样发生有效的破坏,需在试样的两端分别贴上加强片。试验在日本岛津(SHI-MADZU)AG250KNE型万能试验机上进行,加载速度为5mm/min。2结果与分析2.1初始模量的表现玻璃纤维和芳纶纤维的纬编双轴向三层衬纱织物增强复合材料的经、纬向拉伸曲线如图1所示。由图1可以看出,它们均呈现出很好的二次线性,曲线中间有较为明显的转折点。初始段表现为较高的初始模量,这是由于在拉伸的初始阶段,增强纤维与树脂基体之间结合力强,树脂基体起到了很好的传递载荷和保护纤维不受损伤的作用,而沿拉伸轴向的纤维都呈无屈曲直线状态铺覆,大部分纤维共同承担拉伸载荷,故表现为较高的初始模量。随着复合材料的拉伸,纤维和基体界面开始发生部分破坏,部分纤维不能充分发挥作用,故二次模量有所下降。随着拉伸的进行,纤维与基体的界面破坏严重,只有很少的增强纤维承担拉伸载荷,而此时的拉伸强力已经很大,则承受载荷的纤维会发生突然断裂,表现为脆性断裂。2.2拉伸性能和模量经过对试验数据的分析得出,纬编双轴向衬纱织物增强复合材料具有很好的拉伸性能。由于试验所用的材料纤维体积含量略有不同,为了使测得的数据具有可比性,可分别求出材料的比强度和比模量(即用材料的拉伸强度和弹性模量除以各自的纤维体积含量,得到单位纤维体积含量时的强度和模量)。所测材料的拉伸强度和弹性模量以及比强度和比模量如表3所示。由表3可以看出,芳纶纤维增强复合材料的比强度和比模量明显高于玻璃纤维增强复合材料,这是由于芳纶纤维具有明显高于玻璃纤维的拉伸性能。在所研究的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料中,纵横向的纤维体积含量接近,均近似为50%(绑缚纱的纤维体积含量可忽略不计),经过试验研究和结果分析发现:复合材料的横向拉伸比强度和比模量均略高于其纵向。这是由于两方面的原因:a.在复合材料的每层增强织物中,衬纬纱有两层,而衬经纱只有一层,即衬纬纱与衬经纱的总体含量虽然相等,但是纬纱分为两层铺覆,而经纱只有一层,所以单位面积截面内,共同承受拉伸力的经向纤维一般略少于纬向纤维;b.在增强织物的织造过程中,衬经纱受到的损伤程度明显大于衬纬纱。因此,复合材料横向的拉伸性能稍优于纵向性能。2.3拉伸力学性能从拉伸后的试样可以观察到,试样的破坏形式主要表现为纤维抽拔断裂、织物层间分层和极少的单层织物的层内分层。复合材料中的增强纤维受到树脂基体的保护,而使得表面纤维不受损伤,使得复合材料有很好的拉伸性能,当纤维和基体之间出现裂纹,材料受到较大拉伸力作用时,将会有许多纤维从基体中抽拔出来,这样需要克服纤维与基体间的黏结力,因而复合材料表现出很好的拉伸性能。另外,织物层间分层说明纬编双轴向衬纱织物增强复合材料有较好的层间性能,复合材料发生的分层主要表现为各层织物之间的分层,每层织物内部各层衬纱间不易产生分层,说明纬编双轴向织物的绑缚线圈使织物形成一个整体,为复合材料提供了有效的抵抗分层的能力。3拉伸性能及破坏模式3.1纬编双轴向多层衬纱织物增强乙烯基酯树脂复合材料具有较好的拉伸性能,较高的拉伸强度和弹性模量。与玻璃纤维相比,芳纶纤维增强复合材料具有更好的拉伸性能。3.2无论芳纶纤维还是玻璃纤维增强复合材料,其横向的拉伸性能均略优于纵向的拉伸性能。3