織物表面組織結(jié)構(gòu)對經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的沖擊性能的影響

陳靜蔚+李棟+陳明濤

摘要：通過將經(jīng)編間隔織物與環(huán)氧樹脂復(fù)合，制備了4種經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料試樣。對復(fù)合材料進(jìn)行了沖擊試驗，探討了織物表面組織結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料沖擊和能量吸收性能的影響，以期為不同應(yīng)用條件下選擇合適的織物結(jié)構(gòu)參數(shù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：經(jīng)編間隔織物；環(huán)氧樹脂；沖擊性能；

引言

間隔織物以其獨特的三維結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度和組織結(jié)構(gòu)變化多樣性等優(yōu)點，被廣泛地作為增強(qiáng)體材料使用[1-4]。關(guān)于間隔織物增強(qiáng)復(fù)合材料的沖擊性能已有不少研究。研究表明間隔織物的表面組織結(jié)構(gòu)是影響復(fù)合材料抗沖擊性能的重要因素。一般而言，表面組織網(wǎng)孔越大，復(fù)合材料的抗沖擊性能越好，但是網(wǎng)孔過大的表面組織，使間隔絲更多的暴露在外，這樣就增加了間隔絲受到損傷的幾率，從而降低了復(fù)合材料的抗沖擊性能。

要提高復(fù)合材料的抗沖擊性能，需選用編織較為緊密的織物表面組織結(jié)構(gòu)[5]。本文將經(jīng)編間隔織物與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合，得到一種新型的經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)復(fù)合材料。通過沖擊試驗和分析，探討不同織物表面組織和沖擊速度對復(fù)合材料沖擊及能量吸收性能的影響，以期為不同應(yīng)用條件下選擇合適的織物結(jié)構(gòu)參數(shù)提供依據(jù)。

1 試樣的制備與結(jié)構(gòu)

1.1經(jīng)編間隔織物的結(jié)構(gòu)及參數(shù)

本文選取了4種具有不同織物表面組織結(jié)構(gòu)不同的經(jīng)編間隔織物。間隔織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。所選經(jīng)編間隔織物均在機(jī)號為E18的拉舍爾雙針床經(jīng)編機(jī)上織造。

注：原料中的A和B分別代表33.3tex/96fPET復(fù)絲和PET單絲

1.2經(jīng)編間隔織物復(fù)合材料的成型工藝

當(dāng)前聚合物基復(fù)合材料成型的方法主要有：手糊成型法、模壓成型法、纏繞成型法、RTM成型法等。不同的增強(qiáng)體材料結(jié)構(gòu)，不同的基體材料性能，所采用的成型方法也不盡相同。經(jīng)編間隔織物與傳統(tǒng)的增強(qiáng)體材料相比，其面密度比二維機(jī)織及編織結(jié)構(gòu)的面密度要小，樹脂基體材料比較容易浸潤。且織物在抽真空狀態(tài)下不易變形，操作簡單方便，精度高，故采用RTM成型法來制備經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)復(fù)合材料的試樣。

2實驗儀器及方法

沖擊測試采用INPWSFCTRON公司生產(chǎn)的Dynatup 9250HV型落錘沖擊儀。參考的測試標(biāo)準(zhǔn)為國標(biāo)GB/T8171-2008（緩沖材料沖擊測試標(biāo)準(zhǔn)）。Dynatup 9250HV型落錘沖擊儀可以對3個參數(shù)（落錘高度、沖擊初速度和沖擊能量）中任意一個參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)其中一個參數(shù)值設(shè)定后，其他的兩個參數(shù)值由系統(tǒng)自動生成。本實驗采取沖擊初速度設(shè)定法，對4種復(fù)合材料進(jìn)行了沖擊初速度為2m/s的沖擊測試。

3 間隔織物表面組織對復(fù)合材料沖擊性能的影響

試樣PWSFC1為純樹脂，PWSFC2、PWSFC3和PWSFC4的織物表面組織分別、編鏈、菱形網(wǎng)孔和六角形網(wǎng)孔，試樣PWSFC1、PWSFC2、PWSFC3和PWSFC4在2m/s沖擊速度下的沖擊力-位移及能量-時間曲線如圖1（a）和（b）所示。

（a）沖擊力-位移曲線

（b）沖擊能量-時間曲線

從圖1（a）中可以看出，試樣沖擊力峰值的大小順序為：PWSFC2> PWSFC4>PWSFC3>PWSFC1，具體來說，表面為編鏈的復(fù)合材料試樣具有最大的沖擊力峰值，而表面為純樹脂的復(fù)合材料試樣具有最小的沖擊力峰值。織物表面為網(wǎng)孔組織的試樣的沖擊力峰值介于兩者之間，且表面為六角形網(wǎng)孔的復(fù)合材料試樣的沖擊力峰值值大于表面為菱形網(wǎng)孔的復(fù)合材料試樣。而從圖1（b）可得，4種試樣能量吸收量的大小順序為：EaPWSFC3>EaPWSFC4>EaPWSFC2>EaPWSFC1，符合能量吸收越多，沖擊力峰值越小的規(guī)律。而PWSFC1為純樹脂，能量吸收最少。

從圖1（a）可得，在相同的沖擊能量下，試樣PWSFC2率先達(dá)到?jīng)_擊力的峰值，這說明試樣PWSFC2更容易被“壓實”進(jìn)入密實區(qū)域。織物的表面組織結(jié)構(gòu)對間隔絲的端部約束情況和排列分布有明顯的影響。間隔絲綁套在織物表面組織的線圈中，在表面組織有網(wǎng)孔的試樣中，相互擠壓的線圈增加了間隔絲端部的約束力，從而增加了間隔絲的臨界力值[7]。間隔絲臨界力越大的織物，用其制備得到的復(fù)合材料的緩沖效果越好。

4結(jié)語

經(jīng)編間隔織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)對復(fù)合材料的能量吸收性能有明顯的影響。其中表面網(wǎng)孔較少的復(fù)合材料，在小應(yīng)力值條件下具有較高的能量吸收率。反之，表面組織較大的復(fù)合材料更適合在大應(yīng)力條件下作為能量吸收材料使用。因此，在實際的工程應(yīng)用中，可以通過調(diào)整織物結(jié)構(gòu)參數(shù)和沖擊速度的方法來獲得不同能量吸收性能的復(fù)合材料，以滿足不同的應(yīng)用需求。

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