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随着三维编织复合材料应用领域的逐步扩大,恶劣的应用环境对材料对外界温度的适应性提出了更高的要求。本课题正是基于这一事实,为三维编织在尖端领域例如航空航天以及深海远洋等的应用而展开的。课题主要研究了不同温度以及在不同温度下的持续时间对树脂基三维五向编织复合材料和层合复合材料拉伸性能的影响规律,通过对不同温度和不同温度下持续时间对拉伸性能的五个特征指标影响的细致分析,详细讨论了不同温度及其不同温度下持续时间对三维五向编织复合材料和层合复合材料拉伸的影响规律,分析了产生这些变化的机理。
本课题在实验中选取了三维五向编织复合材料和层合复合材料作为实验对象,选定了常温、150℃和180℃三个温度点以及15min、600min、1800min三个温度持续时间作为实验条件进行一系列的对比试验。在实验过程中保持单一变量以便使试验结果具有可比性。在对实验结果处理中,一方面通过在某一参数保持不变的条件下对另一参数的所有试验数据进行线性拟合,以预测整体的变化规律,另一方面,将所有的实验数据求取平均值,通过折线图详细了解具体的变化过程,以避免由于线性拟合带来的误差。通过对实验数据的分析得出以下结论。
(1)温度对树脂基复合材料的影响主要体现在树脂性能随温度的变化以及由于树脂的变化而引起的纤维增强体中纤维的排列和结构的变化上。在升温的初始阶段,两种结构的复合材料的各种性能的变化趋势基本上是相同的。但是当温度升高到一定程度,由于增强体结构的不同,而引起对温度不同的反应,对编织复合材料来说,纤维增强体的结构调整幅度变大,纤维趋向度和伸直度提高,断裂同时性提高,整个材料表现出高强高模的特性,而对层合复合材料来说,由于层与层之间树脂基质的变化,破坏了其应有的传递和转移载荷的作用,使得在单层板没有达到最大断裂强力时便由于层间的滑脱而发生断裂。
(2)在一定温度和外界载荷的作用下,一定的持续时间可以使得树脂基复合材料中树脂基质变化,增强体纤维通过调整纤维的趋向可以获得更高的断裂强力和弹性模量等指标,这个加热的过程对树脂基复合材料来说影响很大,如果长时间的作用会使得材料丧失一定的弹性,使得材料的断裂伸长率减小,使得材料在拉伸过程中表现出一种脆性材料的特性,抗冲击性能下降。
(3)在150℃和180℃时,三维五向编织复合材料的拉伸强度比常温时的拉伸强度分别下降了-1.36%(负号说明没下降反而升高了)和15.37%,而层合复合材料的拉伸强度则比常温时的拉伸强度分别下降了13.3%和34.42%,这说明,相同树脂基体的复合材料,增强体结构对复合材料的温度性能有着重要的影响。