缝合天然纤维层板的平面与层间性能研究.pdfVIP

+三 纺织复合材料 1085 缝合天然纤维层板的平面和层间性能研究 ‘ 容敏智 章明秋 刘 原 杨桂成 (中山大学材料科学研究所聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广州,510275 摘 要 本文研究了缝合剑麻纤维1环氧树脂复合层板的平面力学性能与层间断裂韧 性 。研究表明，由于剑麻纤维具有较高的损伤容限，缝合对层板的平面强度和模量影响不 大 ，但极大地提高了层间韧性，特别是对高纤维含量的层板极为明显。与玻璃纤维层板不 同 ，剑麻纤维层板缝合与平面纤维界面强度提高之间呈现正的协同作用。缝合可扩展架桥 区域，并决定了层板的R曲线形状。实验证明，各种缝合参数及剑麻的表面处理均影响层板 层离阻抗。 关魏词 剑麻纤维 环氧树脂 层间性能 1 前言 随着环境问题的日益突出，天然纤维应用于塑料增强重新得到了重视。与传统的玻璃纤维 增强复合材料(GFRP)相比，天然纤维增强材料因纤维可再生和可降解性而与环境更协调。天然 纤维复合材料的性能与其界面相容性密切相关。用适当方法处理天然纤维，可使其复合材料的 性能与GFRP相当川。另一方面，针对不同的应用目标，尚需发展与该复合材料相匹配的加工技 术，但这方面的研究较为欠缺。为此，本工作将侧重于利用缝合技术提高天然纤维的层离阻抗。 通常，复合材料层板的层间性能较差，为此而发展了几种三维增强结构技术，如三轴编织、多轴编 织以及缝合等。其中，缝合是一种较为独特的技术，既可以在厚度方向引人增强纤维，又不改变 原层板结构和成型工艺1[21缝合的副作用在于因损伤平面纤维和树脂富集区而使其他性能下 降。副作用的程度依赖于缝合参数、测试条件以及生产工艺，但对天然纤维复合材料的研究尚未 见报道。天然纤维具有复杂的细胞结构，并需要考虑纤维束与树脂和细胞之间两种界面对复合 材料性能的影响，本文将从这个角度，考察缝合对层板平面与层间性能的效应。 2 实验部分 表1缝合线的基本参数 缝合线 剑麻纤维 Ke0ar刁9 Nylon66 2.1原材料 拉伸强度(MP.) 6山〕 2800 88 剑麻纤维(U7SF)的直径为100一200fun 拉伸模量(GPs) 12 127 。34 (拉伸强度620一680MPa，模量11一15GPa), 断裂身长(%) 7 38 27 环氧树脂为E51，用四乙烯五胺与丙烯氰的 线股(Dmier) 2100 1420 166一752 混合物(重量比1.2/1)做固化剂。主要以单 根尼龙线为缝合线，其直径分别为。.15mm,0.2mm,0.3mm。剑麻纤维束和Kevlar纤维束互相对 照。各缝合线的性能见表1。所用到的碱处理剑麻纤维(A7SF)按以下步骤进行:将洗净晾干的SF 在60℃的296(质量分数)NaOH溶液中浸泡4小时，捞出用清水漂洗至中性，晾千后备用。 2.2 缝合层板的制备 将表面清洁的未处理剑麻(M F)和碱处理剑麻(A7SF)制成单向连续纤维无纺布，在烘箱中 以80℃鼓风烘千至恒重，浸渍环氧树脂成预浸带，然后按单向铺层，铺层数为偶数，在正中嵌人长 35mm的聚四氟乙烯薄膜作为与预裂纹。在25℃下预固化4小时后以缝纫机缝合，缝合方向与 .国家自然科学基金资助项目,高等学校骨千教师资助计划和广东省自然科学基金团队项目。本文联系 人:容敏智，广州，510275，中山大学材料科学研究所。 复合材料— 生命、环悦与高技米 1096 纤维方向垂直。缝合密度从3-X5mm到6}X10mm(即。3p5一s6p10),将预浸织物放人模具 中定位压制成13mmx15.5mmx3mm板材(固化温度80℃，时间6小时)，并进一步裁剪成性能 测试样品。制备