混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.05.007

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (5): 40-46.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.05.007

混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响

杨莉(), 陈缘, 丁峰, 徐珍珍

安徽工程大学纺织服装学院，安徽芜湖 241000

收稿日期:2020-12-24 出版日期:2021-05-26 发布日期:2021-05-24
基金资助:
大学生创新创业训练项目(202010363047)

Influence of Hybrid Ratio on Mechanical Properties of Aramid/Carbon Hybrid Fiber Composites with Interwoven Structure

YANG Li(), CHEN Yuan, DING Feng, XU Zhenzhen

Department of Textiles and Apparel，Anhui Polytechnic University Wuhu，Anhui 241000，China

Received:2020-12-24 Online:2021-05-26 Published:2021-05-24
Contact: YANG Li E-mail:tianmaxingyang@sohu.com

摘要/Abstract

摘要：

为了分析混杂比对层内混杂复合材料力学性能的影响，利用交织方式制备芳纶碳纤维混杂增强体织物，并通过交织物纬纱系统中芳纶与碳纤维的纱线配置比例调整碳纤维在增强体结构中的混杂比。采用真空辅助成型技术制备层内混杂结构的芳纶碳纤维混杂（ACFH）复合材料，并对复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行测试。结果表明，增强体纬向系统中芳纶与碳纤维的不均质性对ACFC复合材料经方向上的拉伸强度起消极作用；混杂比的增加对ACFC复合材料的纬向拉伸破坏和弯曲损伤具有抑制作用；纬向上，ACFC复合材料的拉伸强度最高提高了近6倍，弯曲强度最小增加了4.04倍；芳纶与碳纤维混杂协同作用有利于ACFC复合材料的抗冲击性能改善，且混杂比存在最佳值。

关键词: 碳纤维, 芳纶纤维, 混杂复合材料, 力学性能

Abstract:

To analyze the effect of hybrid ratio on the mechanical properties of intralayer hybrid composites， an aramid/carbon fiber-hybrid-reinforced fabric was prepared by interweave， and the blending ratio of carbon fiber in the reinforcement structure was adjusted by the ratio of aramid fiber to carbon fiber in the weft yarn system. The aramid/carbon fiber?reinforced epoxy composites with a hybrid structure were prepared by vacuum assisted molding， and their tensile， flexu?ral and impact properties were investigated. The results indicated that the heterogeneity of aramid and carbon fibers in the latitudinal reinforcement system had a negative effect on the tensile strength of the composites in the warp direction. The increase of hybrid ratio could inhibit the tensile and bending damage of the composites. In the weft direction， the tensile strength and bending strength of the composites increased by 6 and 4.04 times. The synergistic effect of aramid and carbon fibers leads to an improvement in the impact resistance of the composites as well as an optimal hybrid ratio.

Key words: carbon fiber, aramid fiber, hybrid composite, mechanical property

中图分类号:

TQ321.2

杨莉, 陈缘, 丁峰, 徐珍珍. 混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 40-46.

YANG Li, CHEN Yuan, DING Feng, XU Zhenzhen. Influence of Hybrid Ratio on Mechanical Properties of Aramid/Carbon Hybrid Fiber Composites with Interwoven Structure[J]. China Plastics, 2021, 35(5): 40-46.

图/表 10

图1 增强体组织结构及平面模拟

Fig.1 Weave design and plane simulation of reinforcement

样品编号	芳纶：碳纤维的根数配置比
1^#	1∶0
2^#	1∶1
3^#	1∶2
4^#	1∶3
5^#	0∶1

表1 混杂配置比例及样品编号

Tab.1 Hybrid configuration ratio and sample number

样品编号	经向密度/ 根·（10 cm）^-1	纬向密度/根·（10 cm）^-1		混杂比/%
样品编号	经向密度/ 根·（10 cm）^-1	芳纶纤维	碳纤维	混杂比/%
1^#	80	132	0	0
2^#	80	64	64	15.98
3^#	80	39	78	23.57
4^#	80	30	90	29.43
5^#	80	0	118	53.05

表2 芳纶碳纤维交织物组织结构参数及混杂比

Tab.2 Structure parameters and hybrid ratio of aramid carbon fiber interwoven fabric

图2 复合材料的拉伸强度

Fig.2 Tensile strength of the composites

图3 复合材料的拉伸断裂形式

Fig.3 Tensile fracture modes of the composites

图4 复合材料的拉伸断裂截面的SEM照片

Fig.4 SEM of tensile fracture cross section of the composites

图5 复合材料的拉伸应力?应变曲线

Fig.5 Tensile stress?strain curves of the composites

图6 复合材料的弯曲强度

Fig.6 Flexural strength of the composites

图7 复合材料的弯曲应力?应变曲线

Fig.7 Bending stress?strain curves of the composites

图8 复合材料的冲击强度

Fig.8 Impact strength of the composites

参考文献 11

1	李黎，曹明莉，冯嘉琪.纤维增强水泥基复合材料的纤维混杂效应研究进展［J］.应用基础与工程科学学报，2018，26（4）：843⁃853.
	LI L， CAO M L， FENG J Q. Research Progress on Fiber Hybrid Effect in Fiber Reinforced Cementitious Composi⁃ted ［J］. Journal of Basic Science and Engineering，2018，26（4）：843⁃853.
2	BELFKIRA Z， MOUNIR H， MARJANI A EI. Struc⁃tural Optimization of a Horizontal Axis Wind Turbine Blade Made from New Hybrid Composites with Kenaf Fibers ［J］.Composite Structures， 2021， 260：113252.
3	张辰，饶云飞，李倩倩，等.碳纤维⁃玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能及其模拟［J］.复合材料学报，2021，38（1）：165⁃176.
	ZHANG C， RAO Y F， LI Q Q， et al.Low⁃Velocity Impact Behavior and Numerical Simulation of Carbon Fiber⁃Glass Fiber Hybrid Reinforce Epoxy Composite ［J］.Acta Materiae Composite Sinica， 2021， 38（1）：165⁃176.
4	齐业雄，姜亚明，李嘉禄.混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响［J］.材料工程，2020，48（2）：71⁃78.
	QI Y X， JIANG Y M， LI J L. Effect of Hybrid Ratio on Mechanical Properties of Carbon/Aramid Hybrid Fiber Multi⁃Layered Biaxial Weft Knitted Fabric Reinforced Composites ［J］.Journal of Materials Engineering， 2020，48（2）：71⁃78.
5	关晓方，贾智源.碳玻混编单向复合材料的性能分析［J］.玻璃钢/复合材料，2017，7：10⁃15.
	GUAN X F， JIA Z Y. Performance Analysis of Carbon/Glass Hybrid Woven Unidirectional Composite Materials［J］.Composites Science and Engineering，2017，7：10⁃15.
6	鲍子贺，牛一凡，严炎，等.混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究［J］.塑料工业，2018，46（8）：80⁃84，94.
	BAO Z H， NIU Y F， YAN Y， et， al. Investigation on the Mechanical and Low Velocity Impact Properties of Hybrid Composite Materials［J］.China Plastics Industry，2018，46（8）：80⁃84，94.
7	孙颖，田书全，唐梦云，等.碳⁃芳纶二维编织复合材料层板的抗低速冲击性能［J］.天津工业大学学报，2018，37（3）：1⁃6.
	SUN Y， TIAN S Q， TANG M Y， et al. Low Velocity Impact Response of Carbon Aramid Epoxy Hybrid 2D Braided Composites ［J］.Journal of Tianjin Polytechnic University，2018，37（3）：1⁃6.
8	赵立杰，丁文喜，杨康.碳/芳纶纤维复合材料层合板力学性能分析［J］.纤维复合材料，2020，4（16）：16⁃19.
	ZHAO L J， DING W X， YANG K. Analysis on Mechanical Properties of Carbon/Aramid Fiber Composite Laminates［J］.Fiber Composites，2020，4（16）：16⁃19.
9	魏俊伟，陶红波，郭万涛.混杂效应对碳⁃玻混杂纤维复合材料性能影响研究［J］.材料开发与应用，2018，33（6）：81⁃86.
	WEI J W， TAO H B， GUO W T. Study on the Properties of Carbon⁃Glass Hybrid Fiber Acoustic Composite Material ［J］. Development and Application of Materials， 2018，33（6）：81⁃86.
10	张博明，李嘉，李煦.混杂纤维复合材料最优纤维混杂比例及其应用研究进展［J］.材料工程，2014（7）：107⁃112.
	ZHANG B M， LI J， LI X. Optimum Mix Ratio of Hybrid Fiber Reinforced Polymer Composites and Their Researching Progress ［J］.Journal of Materials Engineering， 2014 （7）：107⁃112.
11	陈汝训.混杂纤维复合材料受拉构件的最优混杂比研究［J］.固体火箭技术，2005，28（3）：219⁃221.
	CHEN R X. Study on Optimal Hybrid Ratio of Hybrid Fiber Composite Tension Member ［J］.Journal of Solid Rocket Technology， 2005， 28（3）：219⁃221.

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[3]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[4]	徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.
[5]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[6]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[7]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[8]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[9]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[10]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[11]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[12]	李素圆, 刘会鹏, 龚舜, 黄国桃, 李玉才, 吴鑫, 邓建平, 潘凯. 热塑性聚酰胺弹性体改性EVA复合发泡材料的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 6-14.
[13]	张九夫, 罗开强, 徐军, 郭宝华. 长玻璃纤维增强PA66复合材料的综合性能及其影响因素研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 1-8.
[14]	王富玉, 郭金强, 张玉霞. 聚合物原位成纤方法及其在PP共混体系中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 146-156.
[15]	李泽洋, 岑兰, 陈胜, 陈伟杰, 杜兵华, 张二帅. 羧基丁腈橡胶/PA12热塑性弹性体的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 15-20.

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