縫紉復(fù)合材料層合板吸濕性能研究

馬元春

摘 要 本文對(duì)不同鋪層的縫紉復(fù)合材料層合板進(jìn)行了吸濕試驗(yàn)研究，明確了吸濕對(duì)其力學(xué)性能的影響，為該種材料的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 縫紉；復(fù)合材料；力學(xué)性能；工程應(yīng)用

中圖分類號(hào) TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）08-0061-01

先進(jìn)復(fù)合材料具有比模量、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天等飛行器結(jié)構(gòu)上[1-2]，其應(yīng)用量的多少成為衡量飛機(jī)先進(jìn)性的標(biāo)志之一[3]。但由于其橫向承載和抗沖擊能力差，層間性能低，使得復(fù)合材料在飛機(jī)主承力部件上的使用受到限制。為了充分利用復(fù)合材料效能，挖掘其內(nèi)在潛力，研究者采用了多種途徑來(lái)提高復(fù)合材料的層間性能。其中縫紉作為一種有效的層間增強(qiáng)方式被廣泛使用。本文將通過(guò)試驗(yàn)研究吸濕對(duì)縫紉件力學(xué)性能的影響，為工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)材料

本文所研究的復(fù)合材料體系為T300/QY9512國(guó)產(chǎn)復(fù)合材料體系，采用RFI方法進(jìn)行成型。縫合方法為通厚縫合，縫紉線為400旦（Denier）Kevlar29纖維，平行于鋪層0°方向縫合，縫紉針距3mm，行距5mm。試件全部采用對(duì)稱均衡鋪層，具體試驗(yàn)類型、試驗(yàn)數(shù)量、試件狀態(tài)和鋪層比例見(jiàn)表1。試件分為兩種狀態(tài)，干態(tài)指正常狀態(tài)，濕態(tài)指試件在試驗(yàn)前需要吸濕預(yù)處理，即放入71℃蒸餾水中浸泡吸濕三周。鋪層比例是指組成試件的0°、±45°、90°鋪層所占的百分比。

2 試驗(yàn)過(guò)程

所有力學(xué)性能試驗(yàn)均在INSTRON1195萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)類型為拉伸、壓縮、面內(nèi)剪切和層間剪切。根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)采用位移控制方式進(jìn)行加載直至試驗(yàn)件破壞。應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集使用WJ-2型電阻應(yīng)變儀。試驗(yàn)環(huán)境溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2～4可以看出，A類（A2、A3）鋪層和B類（B1）鋪層濕態(tài)情況下的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量及泊松比均高于干態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。其中A類鋪層拉伸強(qiáng)度增幅較小，拉伸模量和泊松比則增幅較大，A2鋪層拉伸模量的偏差百分比達(dá)到10.8%，A3鋪層泊松比的偏差百分比達(dá)到7.1%；而B(niǎo)1類鋪層拉伸強(qiáng)度增幅相對(duì)較大，其偏差百分比達(dá)到6.6%，拉伸模量和泊松比則增幅較小。

A類（A2、A3）鋪層和B類（B1）鋪層濕態(tài)情況下的壓縮強(qiáng)度均低于干態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。下降幅度B1類鋪層最大，達(dá)到了18.1%；兩類鋪層濕態(tài)情況下的壓縮模量均略高于干態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。

A類（A2、A3）鋪層和B類（B1）鋪層濕態(tài)情況下的層間剪切強(qiáng)度均略低于干態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。A2鋪層濕態(tài)情況下的面內(nèi)剪切強(qiáng)度略有降低，而A3鋪層則略有升高。A類（A2、A3）鋪層濕態(tài)情況下的面內(nèi)剪切模量均高于干態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。其中A2鋪層面內(nèi)剪切模量的偏差百分比達(dá)到8.0%。

總體來(lái)說(shuō)，吸濕對(duì)縫紉復(fù)合材料制件的拉伸模量和壓縮強(qiáng)度影響較大，對(duì)其他力學(xué)性能影響較小。試驗(yàn)中縫紉復(fù)合材料T300/QY9512經(jīng)71℃的蒸鎦水中浸泡三周后吸濕量為1.5%，大約是未縫合復(fù)合材料層板的1.5倍。必須注意的是，由于縫紉復(fù)合材料制件吸濕量較大，則其在實(shí)際使用過(guò)程中潮濕環(huán)境下增重較多，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該予以考慮。

4 結(jié)論

縫紉復(fù)合材料制件的吸濕量約為1.5%，吸濕對(duì)縫紉復(fù)合材料制件的拉伸模量和壓縮強(qiáng)度影響較明顯，對(duì)其他力學(xué)性能影響較小。

參考文獻(xiàn)

[1]楊敏超.某型飛機(jī)垂尾前緣抗鳥(niǎo)撞減重設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2017（8）：128-129.

[2]楊敏超.復(fù)合材料儲(chǔ)能飛輪包容環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)家，2017，4（5）：28-29.

[3]陳紹杰.復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1990.