CFRP层合板紫外线辐照后性能演变与抗冲击性能研究

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碳纤维增强树脂基复合材料(简称为CFRP)由于具有多方面的优异性能,已经在很多领域得到了广泛的使用,在我国主要应用在航天航空领域。这个领域对材料各方面的性能要求极为严格,需要我们对材料进行全方位研究。自然环境中太阳光照射会对材料的性能和结构产生严重的影响,而紫外线是太阳光谱中辐照活性最大的,所以必须研究其对复合材料的影响。而对冲击损伤较为敏感的缺点,也严重限制了复合材料在使用过程中优异性能的发挥,尤其是低能量冲击会使复合材料产生较大的安全隐患。因此,综合考虑紫外线辐照和冲击对复合材料的影响,这对于复合材料在各个领域中的应用具有重要的指导意义。
　　本文的试验材料是以G803编织型碳纤维为增强体,以914环氧树脂为基体,热压成型制备的CFRP层合板,主要完成紫外线辐照试验和低能量冲击试验。并进行以下研究:紫外线辐照对CFRP层合板的影响以及探讨紫外线辐照后其力学性能的变化规律;研究低能量冲击对造成CFRP层合板的损伤状态以及探讨冲击与紫外线辐照叠加作用后其力学性能的变化规律。
　　研究表明:紫外线辐照后CFRP层合板表面会产生密集的裂纹和发生树脂脱落等现象,同时还伴随着质量损失,硬度和固化度的下降。XPS分析表明,长时间的紫外线辐照将会使CFRP表面的C-C键的摩尔含量减少,经过480h辐照后其降低了22.02％。FTIR分析表明,没有新的官能团生成,仅是经过480h紫外线辐照后各个官能团的相对吸收强度减弱。紫外线辐照对CFRP层合板的弯曲强度影响较大,经过240h辐照后提高了8.99%,但是辐射时间再增加,强度会发生下降,经过480h辐照后强度低于未辐照时的强度,紫外线辐照对拉伸强度影响较小。
　　当CFRP层合板受到低能量冲击后,其前表面的损伤特征主要为基体裂纹和凹坑,背表面则主要是纤维断裂,内部的层间分离的损伤特征较为明显。随着作用在CFRP层合板上的冲击能量的增加,损伤状况越来越严重,凹坑深度和损伤面积不断增大,同时也会发生凹坑深度随时间的推移不断变小的凹坑回弹现象;冲击作用比紫外线辐照对CFRP层合板力学性能影响更大。冲击能量越大,紫外线辐照时间越长,CFRP层合板力学性能下降的越快,抗冲击性能越差。当受到15J冲击能量作用后的层合板再经过480h紫外线辐照,拉伸强度下降了47.60%,弯曲强度下降了60.47%。

著录项

作者
石冠鑫;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料科学
授予学位硕士
导师姓名张东兴;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类非金属复合材料;
关键词
碳纤维增强树脂; 复合材料; 层合板; 紫外线辐照; 抗冲击性能;

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