T型壁板RFI缝合复合材料的屈曲性能.pdf

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1、第2 7 卷第3 期 2 0 0 6 年3 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 3 M a r 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 0 6 7 0 4 T 型壁板R F I 缝合复合材料的屈曲性能 张国利，李嘉禄，李学明 ( 天津工业大学复合材料研究所，天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要在实验研究B S 3 9 4 1 0 型环氧树脂膜流变学性能、叠层预制件厚度方向压实性能、R F I 缝合随炉试件层间 剪切和弯曲性能的基础上，优化设计了树脂膜融

2、渗及缝合工艺参数，并制备了高性能T 型壁板R F I 复合材料制件。 缝合前后T 型壁板屈曲性能测试结果表明，缝合可显著提高T 型壁板的屈曲性能。 关键词缝合复合材料；树脂膜融渗；屈曲性能；方框剪切方法 中图分类号：T B 3 3 0 1文献标识码：A B u c k l i n gp e r f o r m a n c eo fT - s h a p eR F Is t i t c h e dc o m p o s i t e sp a n e l Z H A N GG u o l i ，L IJ i a 一1 u ，L IX u e m i n g ( C o m p o s i t e

3、sR e s e a r c hI n s t i t u t e ，T i a n j i nP o l y t e c h n i cU n w e m i t y ，T i a n j i n 3 0 0 1 6 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t A ne x p e r i m e n t a l s t u d y o ft h e r h e o l o g y b e h a v i o ro fB S 3 9 4 1 0 t y p ee p o x yr e s i nf i l m ，t h e c o m p a c t i b i l i t

4、 yo ft h ep r e f a b r i c a t e dl a m i n a t ea n dt h ei n t e r - l a m i n a t es h e a r i n ga n db e n d i n gp r o p e r t i e so ft h e c o u p o no fR F Is t i t c h e dc o m p o s i t ew e r ec a r r i e do u t ，a n dt h eo p t i m a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fr e s i nf i

5、 l mi n f u s i o n a n ds t i t c h i n g p r o c e s sw e r ed e s i g n e d O nt h i sb a s i s ，h i g hp e r f o r m a n c eT s h a p ec o m p o s i t e sp a n e l s w e r e f a b r i c a t e d T h eb u c k l i n gp e r f o r m a n c eo ft h eT s h a p ec o m p o s i t e sp a n e l sb e f o r ea

6、 n da f t e rs t i t c h i n gw a st e s t e d T h er e s u l t ss h o wt h a ts t i t c h i n gcans i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e i rb u c k l i n gp e r f o r m a n c e s K e yw o r d s s t i t c h e dc o m p o s i t e s ；r e s i nf i l mi n f u s i o n ；b u c k l i n gp e r f o r m a

7、n c e ；h i n g e df r a m es h e a rt e s t i n g m e t h O d 传统的层压板复合材料，由于在垂直于铺层方 向上没有连续增强的纤维将各层纤维或织物连接成 三维整体结构，相邻的各层间仅仅借助力学性能相 对较弱的基体粘接在一起并依靠该层间基体进行载 荷的传递。1 2 。，当厚度方向上承受载荷特别是低速冲 击载荷时，在层合板复合材料内部容易造成分层损 伤，使层合板复合材料的承载能力特别是强度和刚 度显著降低，严重时会造成复合材料制件完全破坏。 为改善传统层压板复合材料层间的力学性能和抗低 速横向冲击性能，国内外研究学者在材料的改性工 艺和复合

8、材料制造技术方面进行了多年的探索，研 究结果证明，缝合工艺与R F I 成型技术的结合可有 效改进传统层压板复合材料厚度方向力学性能的不 足一，具有很好的发展与应用前景。 本文以加筋型壁板结构制件为研究对象，通过 优化设计缝合和R F I 成型工艺，制备了R F I 缝合T 型壁板复合材料制件，并通过实验探讨了缝合对T 型壁板剪切屈曲性能的影响规律。 R F I 成型工艺设计 根据A S T MD 2 4 7 l 一9 9 动态粘度和A S T M D 2 3 9 3 - - 8 6 凝胶时间测试标准，分别对B S 3 9 4 1 0 型H 。环氧树脂膜的动态粘度、恒温粘度、凝胶时间进 行了测

9、试。由图1 、2 、3 所示的测试结果可知，在 8 5 的条件下，树脂膜动态粘度值达到最小值 7 5 6m P a S ，凝胶时间长达9 0m i n ，恒温加热6 5m i n 后 其粘度仅升高到9 7 6m P a S 。 收稿日期：2 0 0 5 0 7 0 8修回日期：2 0 0 5 1 1 1 8 基金项目：天津市教委基金资助项目( 2 0 0 4 1 0 0 4 ) 作者简介：张国利( 1 9 6 4 一) ，男，副教授，硕士。主要研究领域为纺织结构复合材料成型理论与加工技术。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.

10、PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 8 】纺织学报 第2 7 卷 三 乓 垦 茁 甾 爨 叩 型 据 二、 0 已 趟 耀 图1 树脂膜动态粘度一温度曲线 02 04 06 08 01 0 0 时间m i n 图2 树脂膜恒温粘度一时间曲线 图3 凝胶时间一温度曲线 由图4 所示铺层顺序为 0 一4 5 9 0 + 4 5 ，。的叠 层预制件厚度方向压实性能测试曲线可知，当厚度 方向施加的压力大于0 3 0M P a 时，叠层预制件的纤 维体积含量均达到6 0 以上。考虑到加压前纤维 预制件已部分或全部充满树脂基体及树脂运动过程 中压力值的损失，为

11、保证预制件厚度方向上的尺寸 精度，热压罐压力设定值高于此实验值。 图4 预制件压实性能曲线 根据树脂膜流变学性能及预制件厚度方向压实 性能测试结果，确定了如表1 所示的R F I 工艺参数。 表1T 型壁板成型R F I 工艺参数 ，燮、融哿度，豁参真誉，嚣k P a 压 ( m i n “) r a i nm i n 2T 型壁板缝合预制件的制备 2 1 缝合预制件用的材料 根据图5 所示的T 型壁板结构尺寸，选用 H e x c e lC o m p o s i t e s 公司生产的G 9 2 6 型五枚经面缎高 强机织物作为增强织物( 经纬纱束为6K 碳纤维，织 物厚度0 3 5m m

12、 ，织物面密度3 7 0g m 2 ) ，选用D u P o n t 公司生产的线密度为4 0t e x 的2 合股芳纶线作为缝 合线。 单位：m m 图5T 型壁板结构 2 2 层顺序设计 由于T 型层合壁板复合材料制件在实际使用过 程中蒙皮主要承受剪切作用力，纵向加强筋主要承 受轴向载荷，为增加蒙皮结构的稳定性和剪切强度， 提高加强筋轴向的力学性能，根据增强织物的规格 指标和等数量4 5 。对称铺层设计原则，确定蒙皮铺 层顺序为 + 4 5 9 0 一4 5 0 。，T 型加强筋的铺层顺序 为 + 4 5 9 0 一4 5 0 2 。 2 3 缝合密度与缝合针距及线距设计 根据A S T

13、MD3 8 4 6 9 4 和A S T MD 一7 0 9 测试标 准，采用直线型改进锁式缝合线迹和4 种不同的缝 合工艺，对铺层顺序均为 + 4 5 9 0 一4 5 0 ：。的R F I 随炉试件进行了双切口压缩剪切性能和三点弯曲性 能测试，测试结果如表2 所示。 由表2 实验数据知，当针距为3 5m m ，线距为 5B i n 时，随炉试件剪切模量值最大，达到3 1 7G P a ，弯 曲模量降低幅度最小，因此T 型壁板的缝合工艺参数 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove

14、the watermark 第3 期张国利等：T 型壁板R F I 缝合复合材料的屈曲性能 【6 9 】 为针距3 5m m ，线距5r a i n ，缝合密度5 7 1 针c m 2 。 表2 缝合R F I 随炉试件剪切与弯曲性能测试结果 3T 型壁板制备与剪切屈曲性能测试 3 1T 型壁板R F I 缝合复合材料的制备 使用B S 3 9 4 1 0 型环氧树脂膜和M T H P 一1 型热 压罐，采用表1 所示的R F I 成型工艺，在8 5 1h + 1 3 0o C 3h + 1 6 0 3h 的树脂膜固化工艺温度条件 下，制备了缝合和未缝合T 型壁板制件各3 件。经 测试，缝合对

15、T 型壁板R F I 复合材料制件的纤维体 积含量和厚度精度没有影响，其纤维体积含量达到 5 8 6 1 ，厚度偏差不超过8 ，达到了设计 要求。 3 2T 型壁板剪切屈曲性能的测试 当T 型层合壁板复合材料发生屈曲时，在翼板 和蒙皮间会产生较大的层间正应力，如果此应力水 平高于其界面强度，翼板和蒙皮间即可发生分层破 坏。为检验缝合对T 型层合壁板层间强度的改善程 度，根据方框剪切试验方法、5 6 。，利用M T SS i n t e c h 6 5 G2 0 0k N 型万能材料实验机对翼板蒙皮间缝合 前后的T 型R F I 层合壁板临界屈曲强力、屈曲破坏 强力、面内位移和面外位移进行了测试

16、，实验结果如 表3 所示。 表3 缝合与未缝合T 型壁板屈曲性能测试结果 注：U S T 表示未缝合工艺；S T 表示缝合工艺。 由表3 知，缝合后T 型壁板平均临界屈曲强力、 平均破坏强力、平均面内位移和平均面外位移分别 为3 2 8 2k N 、1 4 7 3 8k N 、1 6 4 4m m 、6 2 0m m ，比未缝 合T 型壁板的平均临界屈曲强力、平均破坏强力、平 均面内位移和平均面外位移分别增加2 4 6 、 1 8 3 、3 1 7 、2 9 7 。 由图6 、7 所示的负荷一应变曲线可知，当T 型加 筋壁板发生屈曲破坏时，缝合后T 型加筋壁板正面 ( 加筋面) 和背面( 未加

17、筋面) 在相同位置上最大破坏 应变分别为3 31 4 1 3 1 0 一、1 64 5 1 7 1 0 ，比未缝 合T 型加筋壁板正面和背面相同位置上最大破坏应 变分别增加2 1 2 、2 4 6 。另外以上试件均呈现 加强筋、蒙皮界面间分层破坏模式，由此可见缝合是 一种改进T 型加筋整体层合壁板屈啦性能较有效的 技术措施。 3 0 0 0 0 2 50 0 0 乙2 0 0 0 0 制1 50 0 0 趟 1 00 0 0 50 0 0 0 皇 制 翅 02 04 06 08 01 0 01 2 0 负荷k N 图6 未缝合T 型壁板负荷一应变曲线 图7 缝合T 型壁板负荷一应变曲线 4结论

18、 1 ) 基于缝合和未缝合层合板复合材料剪切和 弯曲性能实验测试结果，确定了T 型加筋层合壁板 缝合预制件优化缝合工艺。 2 ) 实验测试环氧树脂膜基体流变学性能和层 合预制件压实性能是确定R F I 工艺融渗、加压、抽真 空和固化等关键性工艺参数的依据。R F I 成型工艺 参数确定为热压罐升温速率2 3 m i n ，融渗温度 8 5 ，融渗温度保持时间8 0m i n ，真空度9 6k P a ，抽 真空时间1 0m i n ，热压罐压力6 3 0k P a 。制备的缝合 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWat

19、ermarkR to remove the watermark 【7 0 】纺织学报第2 7 卷 及未缝合的T 型加筋整体层合壁板R F I 复合材料制 件，纤维体积含量达到5 8 一6 1 ，厚度偏差不超 过8 ，达到了工艺设计要求。 3 ) 经测试，缝合后T 型加筋整体壁板平均临界 屈曲强力、平均破坏强力、平均面内位移、平均面外 位移、正面和背面相同位置上最大破坏应变分别增 加2 4 6 、1 8 3 、3 1 7 、2 9 7 、2 1 2 ，2 4 6 ， 因此，缝合较大幅度地提高了T 型层合壁板复合材 料制件的屈曲性能。 参考文献： F Z X B 1 魏玉卿，张俊乾，汪海，等缝合复

20、合材料层合板面内 性能的分析模型 J 重庆大学学报，2 0 0 2 ，2 5 ( 1 2 ) ： 3 5 3 8 K a n gT a eJ i n ，L e eS u n gH o E f f e c to fs t i t c h i n go nt h e m e c h a n i c a la n d i m p a c tp r o p e r t i e s o fw o v e nl a m i n a t e c o m p o s i t e s JJ J o u r n a lo fC o m p o s i t e sM a t e r i a l s ，1 9 9 4

21、 ，2 8 ( 1 6 ) ：1 5 7 5 1 5 8 7 赵龙，谢向利复合材料缝合技术研究 A 见：毛天 祥，夏源明第十一届全国复合材料学术会议论文集 C 合肥：中国科学技术大学出版社，2 0 0 0 3 4 3 3 4 7 张国利T 型整体壁板制件R F I 工艺与性能的研究 D ： 硕士论文 天津：天津工业大学，2 0 0 3 张剑寒，姜亚明，邱冠雄画框式织物剪切试验装置 的运动规律研究 J 纺织学报，2 0 0 3 ，2 4 ( 2 ) ：1 2 1 1 2 3 姜亚明，张剑寒，邱冠雄画框式织物剪切测试装置 的运动规律，缺陷及改进 J 东华大学学报( 自然科 学版) ，2 0 0 2

22、 ，2 8 ( 2 ) ：2 5 3 0 r ”“一”“一一“”一“”一” 纺织学报稿件中摘要编写规则； 7 - 7 - !摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述i i文献重要内容的短文。摘要应具有独立性和自明性，并拥有与文献同等量的主要 ： i 信息，即不阅读全文，就能获得必要的信息。自2 0 0 6 年起，纺织学报中文摘要字 ! ：数要求为2 0 0 3 0 0 字，英文摘要内容要与其一致。摘要要用第三人称的写法，摘 i ：要中不能用图、表、化学结构式、非公知公用的符号和术语，不能引用参考文献。i 二 一 i按美国工程信息公司编辑部( E I 编辑部) 的分类

23、，摘要分为信息性摘要和指示 ! ：性摘要，或者两者结合的摘要。一般的科技论文都应尽量写成信息性摘要。信息 i ! 性摘要( I n f o r m a t i o nA b s t r a c t s ) 一般包括了原始文献某些重要内容的梗概，主要有 i以下三部分组成。1 ) 目的。主要说明作者写此文章的目的，或说明本文主要需解 ： i决的问题。2 ) 过程及方法。主要说明作者主要工作过程及所用的方法，也包括众 ： ：多的边界条件，使用的主要设备和仪器。如何分组对照，研究范围和精确程度，数! !据是如何取得的，经何种统计学方法处理。3 ) 结果和结论。作者在此工作过程最； ! 后得到的结果和结

24、论；简要列出该研究的主要结果，有什么新发现，说明其价值和： ； 局限。叙述要具体、准确并给出结果的置信值及统计学显著性检验的确切值。简： ；要地说明经验，论证取得的正确观点及理论价值或应用价值，是否还有与此有关 ! ：的其它问题有待进一步研究，是否可推广应用等。如有可能，尽量提一句作者所 i ! 得到结果和结论的应用范围和应用情况。i ：| - J I I _ I I I m | I I I I 一I Ir I m j I 1 I I I I I ，I 一I I I I I I I - 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 2 3 4 5 6 r L r L r L r L r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark