单向复合材料弯曲疲劳性性能

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年１０月　单向复合材料弯曲疲劳性能　施晓霞　李泽宏　顾伯洪　（东华大学纺织学院，上海，２０００５１）　摘要：通过三点弯疲劳试验和剩余剪切强度试验，论证单向纤维对树脂基体的增强作用，讨论玻璃纤维　氧树脂单向板、　环氧树脂浇铸体剩余剪切强度与循环加载次数之间的关系。　关键词：复合材料层合材料弯曲疲劳研究　中图法分类号：ＴＳ１０６．６　文献标识码：Ａ　复合材料常以层合板形式在实际中得到使用，单　向板作为层合板的基本组成单元，在确定层合板实际　使用性能方面起重要作用，单向板的各种性能也是复　合材料层合板设计的基础。本文探讨玻纤　氧单向　复合材料弯曲疲劳性质，尤其是单向板弯曲疲劳过程　三思万能试验机上进行短梁剪实验，测试经疲劳实验　后的试件产生断裂破坏时的最大载荷值。　表１疲劳测试参数　冬瞎搭　嚼　中的剪切强度弱化。这项工作一方面可以进一步扩　展到层合板弯曲疲劳的研究，同时在目前单向板弯曲　疲劳研究较多的情况下补充新内容。　１　实　验　２讨　论　２．１纤维增强单向板与浇铸体比较　１）在第一组实验条件下，取经不同次数疲劳循　环后的单向板和浇铸体作短梁剪测试，得到试件断　裂破坏时的最大载荷值。测试结果见图１。２）重复　１．１原料与实验设备　原料：环氧树脂Ｅ一５１（６１８）、Ｅ玻璃纤维、５９３固　化剂、聚硅氧烷类２０１号有机硅油等；设备：Ｙ３８１Ａ型　摇黑板机、平板硫化机（ＱＬＢ）、敞口式金属模具、电热　恒温真空干燥箱、ＩＮＳＴＲｏＮ疲劳试验机等。　１．２试件制造　上述步骤，在第二组实验条件下测试，结果见图２。　由图１和图２可以看出，单向板在远大于浇铸　体的疲劳次数后，仍需要施加比浇铸体大得多的载　荷使短梁产生剪切破坏，这已充分说明单向纤维对　基体的增强作用，从弯曲刚度和耐疲劳性能看也有　同样的结论。　２．２疲劳次数对剩余剪切强度的影响　从以上两组实验可以得到试件在相应疲劳次数　１）模具准备：确保模具内壁光滑、洁净，并在其上　均匀涂抹有机硅油；２）树脂调配：将重量比约５：１的　环氧树脂Ｅ一５１与５９３固化剂相混合，并用玻璃棒搅　拌均匀；３）层合板的制作：用Ｙ３８１Ａ型摇黑板机均匀　绕取数层玻璃纤维纱，涂上调配好的树脂，依据所需　试件的厚度重复若干回；４）固化成型：将试件放　入模具，连同模具在真空机内除去气泡，常温下　在平板硫化机上加载０．５ＭＰａ～２．０ＭＰａ，约２４　小时后取出；５）浇铸作：将调配好的树脂倒　入聚酯模具中，抽真空，室温固化；６）试件规格及　尺寸：长度：７０ｒａｍ；厚度：见表１；宽度：１５ｒａｍ；单　向板纤维体积含量：５２％。　１．３实验步骤　图１　第一组单向板和浇铸体经　不同次数疲劳后短梁剪最大载荷　图２第二组单向板和浇铸体经　不同次数疲劳后短梁剪最大载荷　１．３．１单向板和浇铸机的三点弯曲疲劳试验　用ＩＮＳＴＲＯＮ疲劳试验机对试样作由应变控制　的循环加载，为避免试验时间过长，在实际疲劳蟊　过程中适当提高循环应变幅值，控制试件在疲劳　重　二万次左右时出现可见的疲劳裂纹。具体参数　见表１。　熏　羹　藿　疲劳次数　１．３．２层间剪切强度试验根据ＧＢ３３５７—８２　“单向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法”，在　圈３第一组不同疲劳次数时的　剩余剪切强度　图４第二组不同疲劳次数时的　剩余剪切强度　维普资讯 http://www.cqvip.com 纺织学报第二十三卷第五期　大豆蛋白纤维性能分析研究　韩光亭　王彩霞　孙永军　谢莉青　杜　宁　（青岛大学，青岛，２６６０７１）　摘要：介绍测试大豆蛋白纤维的方法及所使用的标准，分析该纤维的各种化学及物理机械性能，并就相关性能与其它纤维　化学性能物理机械性能分析对比研究　进行对比研究。　关键词：植物蛋白质纤维中圈分类号：ＴＳ１０２．５１２　文献标识码：Ａ　大豆蛋白纤维是一种新型纺织纤维，该纤维一　经面世就引起业内人士的兴趣。自２０００年４月份　起，对批量生产的棉型大豆蛋白纤维的主要性能进　２实验结果与讨论　２、１大豆蛋白纤维的形态结构　大豆蛋白纤维的纵横截面形态如图１、２所示；　行了系统的研究分析，以期对该纤维的形态特征、化　学与物理机械性能等有较全面的了解，同时也为纤　维的定性，纺织加工技术研究及其新产品开发提供　依据。　１　实　验　其横截面呈扁平状呈哑铃形或腰圆形，具有一定的　抗弯性能；纵向形态呈现不规则沟槽和海岛状的凹　凸，表面不光滑，这对纤维的光泽、刚度及导湿性能　都将有重要影响。　实验材料：用１．３４ｄｔｅｘ×３８ｍｍ棉型大豆蛋白　纤维。　实验方法：形态特征采用扫描式电子显微镜观察　纵、横截面形态特征。物理性能主要采用相应的国家　标准测试方法。其中，纤维密度的测定采用密度梯度　管法；弹性恢复率的测定采用定伸长法，定伸长为　３％，预加张力为１００ｍｇ，定伸长时间为３ｍｉｎ，恢复时　一　ｌ　圈１纤维横截面形态　圈２纤维纵向形态　２．２大豆蛋白纤维主要性能分析　对大豆蛋白纤维主要性能的测试结果，如表１　所示，由表可见：１）大豆蛋白纤维的干态断裂强力接　近于涤纶，断裂伸长与蚕丝和粘胶纤维接近，但湿态　间为２ｍｉｎ；耐磨性能测试采用绞盘法。其它性能耐　热性能的测定采用ＸＴＬ熔点仪在不同的温度条件下　对纤维处理１０ｍｉｎ，然后用Ｙ１６１型单纤维强力仪来　测定强力，结合目测纤维颜色的变化和沸水收缩率，　来确定纤维的耐热性能；耐日光性能用人工模拟实验　法进行测定，光源采用３０Ｗ紫外线灯，距纤维３０ｃｍ　的高度，垂直照射１２０ｈ后测试强力；化学稳定性参照　纺织纤维鉴别中的溶解法进行测定。　强力下降２７．３％，断裂伸长增加近１０％，这说明纤　维吸湿后使大分子间结合力减弱，结晶区变得松散。　变异系数较大，而且纤维存在较明显的强力不匀，将　给纺纱带来一定难度。２）大豆蛋白纤维的摩擦系数　相对其它纤维较低，且动、静摩擦系数的差值较小，　２．由于玻璃纤维的增强作用，玻纤　氧单向　板弯曲刚度远远大于树脂浇铸体；在相同循环加载　下，单向板弯曲刚度下降较为缓慢，至裂纹出现所需　循环次数也大得多。　Ｎ下的剩余剪切强度ｒ　…，分别见图３和图４。图３：　ｒ　＝２８．１７—１．８２１ｏｇＮ（相关系数一０．９６）；图４：　ｒ　＝３０．１８—０．６４１ｏｇＮ（相关系数一０．９９）；　般地，随着循环加载次数增多，单向板的剩余　剪切强度减小，两者存在如下线性关系：ｒ　＝ａ—　一ｂｌｏｇＮ（其中ａ和ｂ为大于零的系数），不同材料ａ、　ｂ取不同值　Ｊ。这与现有文献报道也是一致的。　３　结　论　３．随着循环加载次数增大，层合板剩余剪切强　度减小，一般而言有如下关系：ｒ　＝ａ—ｂｌｏｇＮ（ａ，ｂ　＞０），不同材料ａ，ｂ取值不同。　参考　文　献　１．玻璃纤维　氧树脂单向板弯曲刚度随着疲　劳次数增加而下降。　￣志民张，合材料结构力学・北京：北京航空航天大学出版　ｋ１９９　２张双寅等．复合材料的结构力学性能．北京：北京理工大学出版　社，１９９２：４５２～４５９．