碳纤维无纺布对CFRP层板层间的增韧作用及机制

复合材料学报, 2015, 32(6): 1784-1790. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150518.002

碳纤维无纺布对CFRP层板层间的增韧作用及机制

徐丰 ^1, , DU Xusheng ^2, , LIU Hongyuan ^3, , MAI Yiuwing ^4, , 王孝军 ^5,

1.西北工业大学航空学院,西安710072;悉尼大学航空航天、机械和机械电子工程学院,悉尼NSW2006

2.悉尼大学航空航天、机械和机械电子工程学院,悉尼NSW2006

3.悉尼大学航空航天、机械和机械电子工程学院,悉尼NSW2006

4.悉尼大学航空航天、机械和机械电子工程学院,悉尼NSW2006

5.悉尼大学航空航天、机械和机械电子工程学院,悉尼NSW2006;四川大学分析测试中心,成都610064

基金项目: 澳大利亚ARC资助项目(DP130104648) 国家自然科学基金(21004041)

关键词：短纤维无纺布 , Ⅰ型层间断裂韧性 , CFRP层板 , 增韧效果 , 脱粘与拔出

Interlaminar toughening effects and mechanisms of non-woven carbon fiber tissue on CFRP laminates

Keywords： non-woven short carbon fiber tissue , mode Ⅰ interlaminar fracture toughness , CFRP laminates , toughening effect , debonding and pullout

为了揭示短纤维无纺布对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板层间韧性的影响规律,测试了不同面密度(1.95、3.90、7.80和15.60 mg/cm2)和不同纤维平均长度(0.8 mm和4.3 mm)的碳纤维无纺布增韧的CFRP层板Ⅰ型层间断裂韧性.实验结果表明:对于不同短纤维增韧的CFRP层板,平均长度为0.8 mm的短纤维增韧效果优于平均长度为4.3 mm的短纤维,并且面密度为7.8 mg/cm2、厚度约为150 μm、平均长度为0.8 mm的碳纤维无纺布显著提高了CFRP层板的层间断裂韧性,与未改性的CFRP层板相比,其能量释放率最大可提高99％.光学显微镜观察结果表明环氧基体中长度为0.8 mm的短纤维具有三维交织结构,该结构可以有效地阻止裂纹的扩展;SEM观察结果表明短纤维从环氧基体中的脱粘和拔出以及短纤维周围环氧基体的塑性变形是CFRP层板的主要增韧机制.研究结论为层板短纤维增韧技术的应用奠定了基础.

参考文献

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