申曉 劉向東 田偉 祝成炎

摘?要：為彌補(bǔ)單一結(jié)構(gòu)三維機(jī)織復(fù)合材料在性能方面的不足，研究正交-準(zhǔn)正交復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能。以高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲為原料，分別織造四層正交和準(zhǔn)正交三維機(jī)織結(jié)構(gòu)作為預(yù)制件，依據(jù)均衡對(duì)稱準(zhǔn)則設(shè)計(jì)4種復(fù)合結(jié)構(gòu)，選用雙酚A環(huán)氧乙烯基脂為基體，制備正交、準(zhǔn)正交及復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料，并對(duì)制得的復(fù)合材料進(jìn)行經(jīng)向拉伸和彎曲性能測(cè)試。結(jié)果表明：準(zhǔn)正交三維機(jī)織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸和彎曲性能均優(yōu)于正交三維機(jī)織復(fù)合材料;在復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料中，復(fù)合順序?qū)?fù)合材料性能的影響大于復(fù)合比例;正交結(jié)構(gòu)位于材料表層時(shí)復(fù)合材料可以獲得更優(yōu)異的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：復(fù)合結(jié)構(gòu);三維機(jī)織物;復(fù)合材料;經(jīng)向拉伸性能;經(jīng)向彎曲性能

中圖分類號(hào)：TS195.644

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）02-0006-06

Abstract：In order to make up for the performance defect of 3D woven composite with single structure， mechanical properties of orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven composites with combined structure were investigated. The high-strength polyester filament yarn was used as the raw material to weave four-layer orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven structures as preformed units， and four kinds of combined structures were designed according to the principle of symmetry. Orthogonal woven composites， quasi-orthogonal woven composites and combined 3D woven composites were prepared by using bisphenol A epoxy vinyl ester as the matrix. Tensile and bending properties of the composites at warp direction were tested. The results indicated that tensile and bending properties at warp direction of the quasi-orthogonal woven composites were better than that of the orthogonal woven composites. Among the combined 3D woven composites， the effect of combined sequence was greater than the combined ratio. When the orthogonal structure was laid on the surface of the composites， the composites could get better mechanical properties.

Key words：combined structure; 3D woven fabric; composite; tensile property at warp direction; bending property at warp direction

三維機(jī)織復(fù)合材料是利用機(jī)織加工方法將多個(gè)系統(tǒng)的紗線連為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后在一定條件下與基體復(fù)合而得到的一種高性能復(fù)合材料，具有良好的可設(shè)計(jì)性并且由于厚度方向上存在增強(qiáng)纖維，其強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性和抗疲勞性優(yōu)良[1]。目前，三維機(jī)織復(fù)合材料已經(jīng)成功的應(yīng)用于航空風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇外殼、起落架支架及汽車擋泥板等領(lǐng)域[2-3]，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和性能要求的不斷提升，如何在現(xiàn)有三維機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能及損傷機(jī)理的研究基礎(chǔ)上提升材料性能越來越受到人們的關(guān)注[4-5]。

典型的三維立體機(jī)織物的結(jié)構(gòu)形式主要有正交結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)3種，這3類結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗、緯紗和垂紗的交織關(guān)系具有較大的不同[6]。正交結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯紗線呈直線狀排列，垂紗在表層與緯紗交織并轉(zhuǎn)向?qū)⒖椢飪?nèi)部紗線連接成一個(gè)整體;準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)與正交結(jié)構(gòu)相似，垂紗貫穿連接織物整體，不同的是經(jīng)緯紗有一定的屈曲;角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的經(jīng)紗在層間穿插連接，呈一定的傾斜角[7]。研究發(fā)現(xiàn)正交結(jié)構(gòu)機(jī)織物的抗沖擊性能最優(yōu)，準(zhǔn)正交機(jī)織結(jié)構(gòu)次之。正交結(jié)構(gòu)單元能夠有效抵抗剪切作用，適合作為沖擊面;準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元對(duì)抗拉伸作用有優(yōu)勢(shì)[8-9]。由此可見，預(yù)制件結(jié)構(gòu)不同的三維機(jī)織復(fù)合材料其性能存在一定的差異，正交和準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)在性能方面各有所長(zhǎng)。杜善義[10]指出復(fù)合化是新材料的重要發(fā)展階段，采用多種特殊工藝使材料復(fù)合或交叉結(jié)合可以制造出高于原先單一材料的性能或開發(fā)出單一材料不具備的性質(zhì)和使用性能。正交、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的復(fù)合使用，可以彌補(bǔ)單一結(jié)構(gòu)在性能方面的不足，使兩種結(jié)構(gòu)性能取長(zhǎng)補(bǔ)短，制備出力學(xué)性能更優(yōu)異的復(fù)合材料。

因此本文選用高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲為原料，織造四層正交和準(zhǔn)正交三維機(jī)織物作為預(yù)制件，依據(jù)均衡對(duì)稱準(zhǔn)則設(shè)計(jì)4種不同的復(fù)合方式，制備正交、準(zhǔn)正交及復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料，探討不同預(yù)制件結(jié)構(gòu)、復(fù)合方式對(duì)復(fù)合材料經(jīng)向拉伸和彎曲性能的影響，以期制備性能更優(yōu)良、更符合航空汽車領(lǐng)域要求的復(fù)合材料。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)原料：高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲（垂紗線密度111 tex、經(jīng)緯紗線密度222 tex）（浙江海利得新材料有限公司），雙酚A環(huán)氧乙烯基脂901-VP（上緯（上海）精細(xì)化工有限公司），環(huán)烷酸鈷（上海富晨化工有限公司）。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：三維劍桿織機(jī)（江蘇通源紡機(jī)有限公司），MTS Landmark萬能材料試驗(yàn)機(jī)（MTS系統(tǒng)（中國）公司），微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)（深圳市瑞格爾儀器有限公司），真空灌注設(shè)備（上海特速電機(jī)有限公司），YG（B）141D型數(shù)字式織物厚度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2?三維機(jī)織預(yù)制件織造

四層正交和準(zhǔn)正交三維機(jī)織預(yù)制件結(jié)構(gòu)如表1所示，預(yù)制件規(guī)格如表2所示。

1.3?復(fù)合方式設(shè)計(jì)與成型工藝

合理設(shè)計(jì)預(yù)制件復(fù)合結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化復(fù)合材料的力學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn)均衡對(duì)稱鋪放可以避免成型過程中因拉-剪、拉-彎耦合引起的翹曲變形[11]。因此本文依據(jù)均衡對(duì)稱鋪層準(zhǔn)則，如圖1所示設(shè)計(jì)4種復(fù)合方式的預(yù)制件結(jié)構(gòu)，圖1中A代表四層正交三維機(jī)織結(jié)構(gòu)，B代表四層準(zhǔn)正交三維機(jī)織結(jié)構(gòu)。

本文采用真空灌注成型工藝制備復(fù)合材料，所用樹脂為（預(yù)促）雙酚A環(huán)氧乙烯基脂，樹脂與固化劑的質(zhì)量配比為100∶1.5。分別制備正交、準(zhǔn)正交及復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料，試樣基本物理參數(shù)如表3所示。

從表3中可以看出幾種試樣之間厚度、平方米質(zhì)量及纖維含量等均有一定的差異，這些因素均會(huì)對(duì)復(fù)合材料的最終性能產(chǎn)生影響。但本文在進(jìn)行成型實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件保持不變，因此推測(cè)發(fā)生這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋阂环矫?，兩種結(jié)構(gòu)本身不同，正交結(jié)構(gòu)表面比較緊密平整，而準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)則稀松不平整;不同的預(yù)制件結(jié)構(gòu)使其復(fù)合材料的樹脂含量不同，準(zhǔn)正交復(fù)合材料的樹脂含量更高;另一方面，復(fù)合預(yù)制件在真空灌注過程中，厚度方向所受的壓力有略微變化，且不同預(yù)制件表面的相互接觸均會(huì)使樹脂浸潤(rùn)產(chǎn)生差異。所以，復(fù)合材料物理性能產(chǎn)生這些差異的根本原因是預(yù)制件結(jié)構(gòu)和復(fù)合方式等的差異。

1.4?試樣測(cè)試

復(fù)合材料在使用時(shí)會(huì)在外力作用下發(fā)生變形，往往存在蠕變、損傷、斷裂、彎曲等問題，拉伸及彎曲性能是評(píng)價(jià)復(fù)合材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)[12]，被廣泛用于復(fù)合材料力學(xué)性能的表征。

1.4.1?經(jīng)向拉伸實(shí)驗(yàn)

按照GB/T 1447—2005《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行操作，復(fù)合材料試樣尺寸為250 mm×25 mm（長(zhǎng)×寬）。使用MTS Landmark萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，拉伸速率為5 mm/min，測(cè)試結(jié)果取5次有效測(cè)試結(jié)果的平均值。

1.4.2?經(jīng)向三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

按照GB/T 1449—2005《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行操作，復(fù)合材料試樣尺寸為100 mm×15 mm（長(zhǎng)×寬），跨距為60 mm。采用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試。加載速度為2 mm/min，測(cè)試結(jié)果取5次有效測(cè)試結(jié)果的平均值。

2?結(jié)果與討論

2.1?預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響

2.1.1?預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)向拉伸性能的影響

使用MTS Landmark萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試正交機(jī)織復(fù)合材料和準(zhǔn)正交機(jī)織復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，分析預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響。圖2為正交、準(zhǔn)正交三維機(jī)織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果。

由圖2可以看出，不同預(yù)制件結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料表現(xiàn)出不同的拉伸特性。試樣2的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均高于試樣1。試樣2的拉伸強(qiáng)度比試樣1高76.85%。試樣2的斷裂伸長(zhǎng)率比試樣1高83.33%。

準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)與正交結(jié)構(gòu)最顯著的差異為經(jīng)紗是否屈曲以及經(jīng)緯紗交織點(diǎn)的多少。準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的經(jīng)紗與每一層的緯紗之間均發(fā)生交織，故交織點(diǎn)較正交結(jié)構(gòu)多，在拉伸作用下需要更高的載荷使其發(fā)生斷裂損傷。準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗存在屈曲，拉伸過程中由于樹脂基體的斷裂伸長(zhǎng)率較低，樹脂基體先產(chǎn)生裂紋損傷，但樹脂與纖維之間仍存在良好界面，增強(qiáng)預(yù)制件開始成為承受載荷的主體，經(jīng)紗由屈曲狀態(tài)發(fā)生伸直變形繼而發(fā)生經(jīng)紗與樹脂基體的同時(shí)斷裂，使得準(zhǔn)正交機(jī)織復(fù)合材料獲得更大的斷裂伸長(zhǎng)率。

2.1.2?預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)向彎曲性能的影響

使用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試正交機(jī)織復(fù)合材料和準(zhǔn)正交機(jī)織復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變，分析預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料彎曲性能的影響，圖3為正交、準(zhǔn)正交三維機(jī)織復(fù)合材料經(jīng)向彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變測(cè)試結(jié)果。

由圖3可以看出，試樣2的彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變均高于試樣1。但彎曲性能的差異并沒有拉伸性能大，試樣2結(jié)構(gòu)的彎曲強(qiáng)度比試樣1結(jié)構(gòu)大17.87%，外表面層彎曲應(yīng)變比試樣1結(jié)構(gòu)高出46.65%。

復(fù)合材料承受彎曲載荷時(shí)，上表面主要承受壓力作用，下表面主要承受拉伸作用。經(jīng)觀察彎曲過程中表層樹脂發(fā)白并產(chǎn)生裂紋，上表面部分纖維及樹脂整體拱起，下表面部分纖維被拉斷，但材料并沒有發(fā)生明顯彎曲折斷。由于準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的經(jīng)紗發(fā)生屈曲，當(dāng)載荷作用于試樣表面時(shí)，下表層樹脂先發(fā)生斷裂損傷，增強(qiáng)纖維開始作為主要承載部分，屈曲狀態(tài)的經(jīng)紗可以延緩經(jīng)向的彎曲斷裂破壞，使得準(zhǔn)正交機(jī)織復(fù)合材料獲得更高的彎曲強(qiáng)度和更大的最外表層彎曲應(yīng)變。

2.2?復(fù)合方式對(duì)力學(xué)性能的影響

2.2.1?復(fù)合方式對(duì)經(jīng)向拉伸性能的影響

2.2.1.1?復(fù)合方式對(duì)拉伸斷面形態(tài)的影響

拉伸斷面形態(tài)可以較為直觀的反映復(fù)合材料拉伸過程中增強(qiáng)纖維與樹脂基體的破壞狀態(tài)，本文觀察4種復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料的正面和側(cè)面形態(tài)，圖4為復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料拉伸斷面形態(tài)。

從圖4中可以看出試樣3并沒有發(fā)生齊斷，斷口傾斜程度較大，斷口附近伴隨著分層現(xiàn)象且分層發(fā)生在所有層間界面，試樣表面并未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋;試樣4斷口相對(duì)較齊整，斷口附近無明顯分層，試樣表面有緯向分布的裂紋;試樣5斷口也產(chǎn)生了一定程度的傾斜，斷口附近有分層現(xiàn)象，試樣表面也未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋;試樣6斷口平齊，斷口附近伴有分層現(xiàn)象，試樣表面有少許緯向裂紋分布。其中，試樣5與試樣6兩種試樣的分層均發(fā)生在正交、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)之間的界面。

由于準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)表面粗糙，可以形成良好界面，所以準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)之間存在良好的層間界面性能。觀察對(duì)比4種試樣，分層現(xiàn)象導(dǎo)致復(fù)合材料拉伸斷裂的不同時(shí)性，產(chǎn)生傾斜的斷口。當(dāng)正交結(jié)構(gòu)位于材料表面時(shí)，由于其斷裂伸長(zhǎng)率較小，樹脂基體還未產(chǎn)生裂紋，便發(fā)生了斷裂損傷，因此試樣表層并沒有產(chǎn)生明顯裂紋。

2.2.1.2?復(fù)合方式對(duì)拉伸性能的影響

使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試4種復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，分析復(fù)合方式對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響。表4為復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果。

表4可見，試樣3拉伸強(qiáng)度最小，試樣4的拉伸強(qiáng)度比試樣3增加19.71%。試樣5和試樣6的拉伸強(qiáng)度均大于試樣3。然而試樣5和試樣6雖然復(fù)合比例相同，但是由于預(yù)制件復(fù)合順序的不同，試樣5的拉伸強(qiáng)度明顯大于試樣6，正交結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料表層時(shí)拉伸強(qiáng)度更高。在試驗(yàn)過程中試樣5與試樣6所能承受的最大載荷相差并不大，但由于試樣5厚度較小，因此具有更高的拉伸強(qiáng)度。對(duì)比試樣4與試樣6發(fā)現(xiàn)，兩種材料的拉伸強(qiáng)度并沒有隨著準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)復(fù)合比例的增大而產(chǎn)生明顯變化。

分析試樣的斷裂伸長(zhǎng)率可得，試樣4的斷裂伸長(zhǎng)率最大，這是由于準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)復(fù)合材料本身的斷?裂伸長(zhǎng)率高且層與層之間斷裂伸長(zhǎng)率一致，不會(huì)因?yàn)檎唤Y(jié)構(gòu)的存在而發(fā)生抑制作用。試樣5比試樣6的斷裂伸長(zhǎng)率高出28.83%，由于復(fù)合材料在受到拉伸作用時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率低的結(jié)構(gòu)先發(fā)生斷裂，分析可得試樣5結(jié)構(gòu)外表面層A發(fā)生斷裂后，芯層的BB仍然能繼續(xù)承受載荷，而試樣6中，芯層的AA先發(fā)生斷裂且與外表面層的B發(fā)生層間界面破壞，外表面層的B結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，不能像試樣5芯層的BB繼續(xù)承受較大載荷。試樣3與試樣6比較發(fā)現(xiàn)，并不是簡(jiǎn)單地在復(fù)合結(jié)構(gòu)中引入準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)就可以增大材料的斷裂伸長(zhǎng)率。

綜上分析，材料中包含準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)可以增大材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。按照抑制裂紋傳播理論，在低延伸率材料周圍有高延伸率材料存在時(shí)，高延伸率材料較好的韌性能夠抑制低延伸率材料斷裂裂紋的繼續(xù)傳播，使試樣繼續(xù)承擔(dān)部分載荷，復(fù)合材料將表現(xiàn)出更高的性能[13]。因此正交、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)復(fù)合使用可以提升復(fù)合材料的性能，且復(fù)合順序?qū)鞆?qiáng)度的影響大于復(fù)合比例，正交結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在復(fù)合材料表層可以使材料獲得更大的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

2.2.2?復(fù)合方式對(duì)經(jīng)向彎曲性能的影響

2.2.2.1?復(fù)合方式對(duì)彎曲斷面形態(tài)的影響

彎曲斷面形態(tài)可以較為直觀的反映復(fù)合材料彎曲過程中增強(qiáng)纖維與樹脂基體的破壞狀態(tài)，本文觀察4種復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料的正面和側(cè)面形態(tài)，圖5為三維機(jī)織復(fù)合材料彎曲斷面形態(tài)。

圖5可見試樣3的下表面層發(fā)生明顯的斷裂，部分纖維拔出且產(chǎn)生分層現(xiàn)象。試樣4和試樣5的上表面均發(fā)生一定的壓縮變形，下表面樹脂產(chǎn)生裂紋，但試樣4下表面的裂紋一直延伸到增強(qiáng)纖維處，試樣5下表面的裂紋僅在材料表面分布。試樣6的下表面層產(chǎn)生較深的裂紋，一直向材料厚度方向延伸。

準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)經(jīng)緯紗之間的交織不如正交結(jié)構(gòu)緊密，使得樹脂更容易浸入，且織物表面不平整從而與樹脂之間產(chǎn)生更大的接觸面積形成良好的界面層，因此準(zhǔn)正交預(yù)制件存在的復(fù)合結(jié)構(gòu)中，沒有發(fā)生分層現(xiàn)象。

2.2.2.2?復(fù)合方式對(duì)彎曲性能的影響

使用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試4種復(fù)合式復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變，分析預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料彎曲性能的影響，表5為復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料彎曲性能測(cè)試結(jié)果。

觀察表5，試樣3彎曲強(qiáng)度最小，試樣4的彎曲強(qiáng)度比試樣3增大6.36%。試樣5與試樣6兩種不同結(jié)構(gòu)的預(yù)制件復(fù)合可以使材料擁有更高的彎曲強(qiáng)度。尤其是正交結(jié)構(gòu)在材料表層時(shí)，彎曲強(qiáng)度相較于試樣3升高了38.33%，相較于試樣4提高了30.06%。材料在承受彎曲載荷時(shí)，下表面層外側(cè)結(jié)構(gòu)變形大于內(nèi)層結(jié)構(gòu)，試樣5中下表面層外側(cè)的A發(fā)生破壞后芯層BB還未達(dá)到破壞應(yīng)變可以繼續(xù)承受載荷;而試樣6中下表面層外側(cè)彎曲應(yīng)變較大的B發(fā)生破壞時(shí)，芯層AA的應(yīng)變程度也已瀕臨破壞，因此試樣5的彎曲強(qiáng)度大于試樣6。

在上文的分析中，試樣2的外表面層彎曲應(yīng)變大于試樣1，但在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，試樣3的外表面層彎曲應(yīng)變卻比試樣4大68.31%。這是由于試樣4在承受彎曲載荷時(shí)，上下表面分別發(fā)生壓縮破壞和拉伸破壞，而由于試樣1本身的最外層彎曲應(yīng)變較低，試樣3上表面層還未發(fā)生壓縮破壞，下表面層便已經(jīng)發(fā)生拉伸破壞，破壞后上表面層依然可以繼續(xù)承受載荷。試樣5外表面層彎曲應(yīng)變比試樣6大63.18%。

綜合上述分析，準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的使用可以增大材料的彎曲強(qiáng)度，但材料彎曲強(qiáng)度并不隨著準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)復(fù)合比例的增大而增大。相較于復(fù)合比例，兩種預(yù)制件的復(fù)合順序?qū)?fù)合材料的彎曲應(yīng)力影響更大，正交結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在復(fù)合材料表層可以使材料獲得更大的彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變。

3?結(jié)?論

為彌補(bǔ)單一結(jié)構(gòu)三維機(jī)織復(fù)合材料性能方面的不足，制備性能更加優(yōu)異的三維機(jī)織復(fù)合材料，本研究以正交和準(zhǔn)正交四層三維機(jī)織物為預(yù)制件，設(shè)計(jì)4種復(fù)合三維機(jī)織結(jié)構(gòu)，制備正交、準(zhǔn)正交及4種復(fù)合三維機(jī)織復(fù)合材料，對(duì)制得的6種復(fù)合材料進(jìn)行經(jīng)向拉伸和彎曲性能測(cè)試。主要研究結(jié)論如下：

a）準(zhǔn)正交三維機(jī)織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸和彎曲性能均優(yōu)于正交三維機(jī)織復(fù)合材料。

b）復(fù)合順序?qū)?fù)合材料經(jīng)向拉伸性能的影響比復(fù)合比例更顯著，但并不是簡(jiǎn)單地在結(jié)構(gòu)中選用準(zhǔn)正交預(yù)制件就可以增大復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率，正交結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在復(fù)合材料表層可以使材料獲得更大的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

c）準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的使用可以增大材料的彎曲強(qiáng)度，但并不隨著準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)復(fù)合比例的增大而增大。對(duì)比準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的復(fù)合比例，不同結(jié)構(gòu)預(yù)制件復(fù)合對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響更大，正交結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在復(fù)合材料表層可以使材料獲得更大的彎曲強(qiáng)度和外表面層彎曲應(yīng)變。

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