1 试 验
1.1 试样准备
纤维束:1200Tex无捻玻璃纤维(南方玻璃纤维制造公司生产),密度2.54g/cm3。
树脂:TDE-85环氧树脂(天津津东化工厂生产),促进剂为苯胺,固化剂为70#酸酐。三者的用量配比为:100:100:1。固化剂选用70#酸酐,学名为四氢化邻苯二甲酸酐(PA),其分子量为146,固化温度150~180°c,固化时间约4~24小时;采用的催化剂为苯胺;本实验的予型件采用四向1×1四步法三维编织结构,采用RTM(树脂传递模塑)工艺复合固化成型。RTM的固化工艺参数为:抽真空达到1bar;树脂注入模具的压力为4bar;固化周期:130ºC/2小时—150ºC/1小时—160ºC/8小时—180ºC/3小时;
模具的预热温度为100ºC。三维编织复合材料试件的测试数据均为三至五片试件的平均值(测试中发生在非工作区内的破坏数据弃用)。
1.2 测试条件
本试验参照《玻璃纤维增强塑料试验标准》,均采用矩形试片,予型件在温度、相对湿度45%~55%的环境条件下至少放置24h。测试机采用日本岛津AG-250KNE材料试验机,它是集拉、压、弯等力学性能测试为一体的综合试验机。测试在恒温恒湿条件下进行。
2 测试及结果分析
编织结构复合材料的结构参数主要有纤维体积分数、编织角、编织节长以及纱线填充系数等。纤维体积分数可以通过对材料的结构细观结构分析而计算出,也可以通过试验方法得到;编织角定义为内部编织纱与材料纵轴的空间夹角(<90º),为便于实际测量,一般以表面纱与材料纵轴的倾角代替;编织节长受编织角的影响;纱线填充系数一般取固定值0.785。
图1和图2分别表示不同结构参数的编织复合材料的拉伸和典型的压缩应力-应变关系图。从图1拉伸应力-应变曲线中可以看出编织角越小,其应力-应变曲线越接近于线性;而编织角越大,应力-应变曲线越表现出非线性。同时随着编织角的逐渐增大,编织复合材料的破坏从脆性破坏转向延性破坏。
图3显示弹性模量随编织角的变化情况。图4表示拉伸模量随纤维体积百分含量的变化趋势。表明拉伸模量随着纤维体积含量的增加而变大。但是,纤维体积含量会有个极点,因此拉伸模量和拉伸强度也有个上限值。理论分析表明,三维编织结构复合材料的最大纤维体积含量与编织角以及纱线填充系数等因素有关。