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缝纫复合材料层合板吸湿性能研究

2017-06-23马元春

科学家 2017年8期
关键词:缝纫工程应用力学性能

马元春

摘 要 本文对不同铺层的缝纫复合材料层合板进行了吸湿试验研究,明确了吸湿对其力学性能的影响,为该种材料的工程应用奠定了基础。

关键词 缝纫;复合材料;力学性能;工程应用

中图分类号 TB332 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2017)08-0061-01

先进复合材料具有比模量、比强度高等优点,已广泛应用于航空航天等飞行器结构上[1-2],其应用量的多少成为衡量飞机先进性的标志之一[3]。但由于其横向承载和抗冲击能力差,层间性能低,使得复合材料在飞机主承力部件上的使用受到限制。为了充分利用复合材料效能,挖掘其内在潜力,研究者采用了多种途径来提高复合材料的层间性能。其中缝纫作为一种有效的层间增强方式被广泛使用。本文将通过试验研究吸湿对缝纫件力学性能的影响,为工程应用提供参考。

1 试验材料

本文所研究的复合材料体系为T300/QY9512国产复合材料体系,采用RFI方法进行成型。缝合方法为通厚缝合,缝纫线为400旦(Denier)Kevlar29纤维,平行于铺层0°方向缝合,缝纫针距3mm,行距5mm。试件全部采用对称均衡铺层,具体试验类型、试验数量、试件状态和铺层比例见表1。试件分为两种状态,干态指正常状态,湿态指试件在试验前需要吸湿预处理,即放入71℃蒸馏水中浸泡吸湿三周。铺层比例是指组成试件的0°、±45°、90°铺层所占的百分比。

2 试验过程

所有力学性能试验均在INSTRON1195万能试验机上进行,试验类型为拉伸、压缩、面内剪切和层间剪切。根据相应的标准采用位移控制方式进行加载直至试验件破坏。应变数据的采集使用WJ-2型电阻应变仪。试验环境温度(23±2)℃,相对湿度(50±5)%。

3 试验结果与分析

由表2~4可以看出,A类(A2、A3)铺层和B类(B1)铺层湿态情况下的拉伸强度、拉伸模量及泊松比均高于干态时的对应值。其中A类铺层拉伸强度增幅较小,拉伸模量和泊松比则增幅较大,A2铺层拉伸模量的偏差百分比达到10.8%,A3铺层泊松比的偏差百分比达到7.1%;而B1类铺层拉伸强度增幅相对较大,其偏差百分比达到6.6%,拉伸模量和泊松比则增幅较小。

A类(A2、A3)铺层和B类(B1)铺层湿态情况下的压缩强度均低于干态时的对应值。下降幅度B1类铺层最大,达到了18.1%;两类铺层湿态情况下的压缩模量均略高于干态时的对应值。

A类(A2、A3)铺层和B类(B1)铺层湿态情况下的层间剪切强度均略低于干态时的对应值。A2铺层湿态情况下的面内剪切强度略有降低,而A3铺层则略有升高。A类(A2、A3)铺层湿态情况下的面内剪切模量均高于干态时的对应值。其中A2铺层面内剪切模量的偏差百分比达到8.0%。

总体来说,吸湿对缝纫复合材料制件的拉伸模量和压缩强度影响较大,对其他力學性能影响较小。试验中缝纫复合材料T300/QY9512经71℃的蒸镏水中浸泡三周后吸湿量为1.5%,大约是未缝合复合材料层板的1.5倍。必须注意的是,由于缝纫复合材料制件吸湿量较大,则其在实际使用过程中潮湿环境下增重较多,在设计过程中应该予以考虑。

4 结论

缝纫复合材料制件的吸湿量约为1.5%,吸湿对缝纫复合材料制件的拉伸模量和压缩强度影响较明显,对其他力学性能影响较小。

参考文献

[1]杨敏超.某型飞机垂尾前缘抗鸟撞减重设计[J].科技与创新,2017(8):128-129.

[2]杨敏超.复合材料储能飞轮包容环的结构设计[J].科学家,2017,4(5):28-29.

[3]陈绍杰.复合材料设计手册[M].北京:航空工业出版社,1990.

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