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碳纤维三维机织复合材料及其性能研究

作　者: 杨涛
导　师: 张尚勇
学　校: 武汉纺织大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 碳纤维三维织物织造工艺正交结构复合成型弯曲冲击
分类号: TS151
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

碳纤维具有优异的力学性能，适合做复合材料增强纤维。我国大陆已有部分企业具备T300级碳纤维工业化生产能力，但其性能在短期内难以超越日本、美国和中国台湾的碳纤维。采用碳纤维制作的三维织物具有厚度厚、可撑开、可填充、刚度大、质量轻等优点，已越来越受到科研学者们的重视，特别是在纺织复合材料的研究方面，人们期望获得性能优异的整体的三维立体增强材料。因此研究国产碳纤维的三维织造技术、碳纤维织物复合成型工艺及复合材料的性能对国内碳纤维企业的产品开发与应用具有十分重要的参考意义。本文结合机织织造原理、三维机织物成形方法、碳纤维及其复丝独特的结构和织造性能，采用AutoCAD设计并组装了一套可以手动模拟织机五大动作的织造装置，并采用该装置织造了板状、T字型、工字型、十字型等碳纤维织物，其中板状织物厚度达到了5毫米。本文除了分析碳纤维特定的织造工艺，还对织造的碳纤维板材状织物进行了层压成型复合和VARIM成型复合，对比分析了两种复合工艺的优缺点，选取了一种更适合碳纤维三维织物的复合工艺。对VARIM工艺复合的碳纤维正交结构板材和铺层结构板材进行了弯曲、冲击性能测试，采用电子显微镜分析了板材的弯曲和冲击破坏机理，对比了两种结构板材的力学性能并作出了分析。其结果表明，在铺层结构板材纤维的质量分数和体积分数分别高出正交结构板材6%和13%的前提下，碳纤维正交结构板材依然具有比铺层结构更为优异的弯曲和冲击性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 碳纤维织造技术及三维机织物的研究现状  9-16
    1.2.1 碳纤维复丝织造技术的研究现状  9-11
    1.2.2 三维机织物的研究现状  11-16
  1.3 纺织复合材料的复合成形技术研究现状  16-17
  1.4 目前存在的问题  17
  1.5 论文的研究内容和意义  17-18
    1.5.1 论文研究内容  17
    1.5.2 论文研究意义  17-18
2 碳纤维三维机织物的织造  18-30
  2.1 织造装置的设计  18-22
    2.1.1 织造装置的组成  20-21
    2.1.2 织造装置的特点  21
    2.1.3 织造装置的织造原理  21-22
  2.2 原料的选择  22-23
  2.3 碳纤维三维机织物结构设计  23
  2.4 碳纤维三维机织物的织造  23-29
    2.4.1 机前准备工作  25-26
    2.4.2 穿经  26
    2.4.3 固定机前经纱  26
    2.4.4 调节经纱张力  26
    2.4.5 织造  26-28
    2.4.6 下机及整理  28-29
  2.5 本章总结  29-30
3 碳纤维三维正交机织复合材料的成型工艺  30-42
  3.1 层压成型  30-32
    3.1.1 材料准备  31
    3.1.2 试验设备  31
    3.1.3 预浸料、预浸布的制备  31
    3.1.4 层压工艺参数  31-32
    3.1.5 脱模下机  32
  3.2 真空辅助树脂扩散成型  32-36
    3.2.1 VARIM 工艺流程  33
    3.2.2 VARIM 工艺的优点  33-34
    3.2.3 VARIM 工艺材料准备  34
    3.2.4 VARIM 工艺实验步骤  34-36
  3.3 层压复合工艺与 VARIM 工艺对比  36-40
    3.3.1 层压工艺、VARIM 工艺碳纤维板材的相关计算  36-38
    3.3.2 层压工艺、VARIM 工艺碳纤维板材外观质量对比  38-40
  3.4 本章小结  40-42
4 碳纤维复合材料的性能研究  42-54
  4.1 弯曲性能测试  42-48
    4.1.1 实验材料  42
    4.1.2 实验设备  42
    4.1.3 实验条件  42-43
    4.1.4 弯曲破坏机理  43-46
    4.1.5 弯曲性能实验结果与讨论  46-48
  4.2 冲击性能实验  48-53
    4.2.1 实验材料  48
    4.2.2 实验设备  48-49
    4.2.3 实验条件  49
    4.2.4 冲击破坏机理  49-51
    4.2.5 冲击性能实验结果与讨论  51-53
  4.3 本章小结  53-54
5 总结  54-56
  5.1 本文结论  54-55
  5.2 本文的不足及改进方法  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
附录  60

碳纤维三维机织复合材料及其性能研究

内容摘要

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