论文部分内容阅读
纤维金属层板作为一种超混杂层板,综合了金属合金与纤维复合材料的优点,具有独特的疲劳特性以及抗冲击性能。因其由纤维复合材料和金属材料交替铺叠而成,导致界面体系复杂,存在纤维/树脂、金属/树脂界面,其中金属/树脂界面相对脆弱。界面性能的好坏直接影响到层板层间结合及应力传递,决定了纤维金属层板的综合性能及失效行为。因此开展纤维金属层板的界面性能改性具有重要意义。本文首先将不同百分含量(0wt%,2.5wt%,5wt%和7.5wt%)的多壁碳纳米管(MWCNT)利用超声分散法均匀分散于PMR聚酰亚胺树脂中,随后进行了拉伸剪切以及I型断裂韧性试验,并通过SEM对失效形貌进行了观察和分析。试验结果表明当MWCNT含量为5wt%时,对Ti/PMR聚酰亚胺界面增强效果最为显著。结合Ti/PMR聚酰亚胺界面模型分析可知当MWCNT处于界面区时,MWCNT分散聚酰亚胺基体载荷,承载外力并消耗断裂能量,同时阻止裂纹在Ti/PMR聚酰亚胺界面中扩展,进而提升界面结合强度。其次,在Ti/Cf/PMR聚酰亚胺层合板的底胶层或底胶层及碳纤维增强聚酰亚胺复合材料树脂中添加MWCNT,探究界面性能提升后对层板静态力学(层间剪切、弯曲、拉伸性能)和冲击性能的影响。结果表明添加MWCNT后层板的静态力学性能以及冲击性能均得到显著提升。当MWCNT同时添加于底胶层和碳纤维增强聚酰亚胺复合材料树脂中,对层板性能的增强效果优于仅添加于底胶层的情况。最后讨论分析了MWCNT对纤维金属层板力学性能的增强机理。MWCNT对层板静态力学性能的增强机理主要为:(1)处于界面区时MWCNT能够转移裂纹,并阻止裂纹扩展,增强了Ti/PMR聚酰亚胺界面,利于界面更有效地传递载荷;(2)处于底胶层和碳纤维增强聚酰亚胺复合材料树脂中时,MWCNT在树脂中的分布均匀性较高,且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷,并利用自身断裂、拔出吸收并消耗断裂能量。MWCNT添加于碳纤维增强聚酰亚胺复合材料树脂中和底胶层,对于Ti/Cf/PMR聚酰亚胺层板冲击性能的增强机理主要为:(1)MWCNT处于底胶层改善Ti/PMR聚酰亚胺界面性能。当承受冲击载荷时,层板的分层失效为冲击耗能的方式之一,而良好的界面在发生分层时需要消耗更多的能量;(2)MWCNT处于碳纤维增强聚酰亚胺复合材料树脂中以及底胶层时分布均匀性较高,对冲击性能的提升稳定性较高。冲击受载时利用纤维的断裂、脱粘以及碳纳米管的拔出、断裂、桥接、脱粘吸收耗散冲击能量,进一步提升层板抗冲击性能。