复合材料结构的力学性能研究

．｜ＡＮＵＡＲＹ＼ＦＥＢＲＩ！ＡＲＹ　Ｉ加３－应用　

ＰＰ／ＣａＣＯ３复合材料的力学性能研究　

张志洪　

广州本田汽车有限公司研发中心广东广州５１０７００　

摘要：通过采用熔融共混的方法制备了ＰＰ／ＣａＣＯ　复合材料，然后对复合材料的力学性能进行分析，研究　了微米级和纳米级ＣａＣＯ　的表面处理、含量对ＰＰ￣ＣａＣＯ　复合材料力学性能的影响规律，并对此影响规律进　

行合理的解释。　关键词：ＰＰ／ＣａＣＯ，复合材料力学性能微米ＣａＣＯ３　纳米ＣａＣＯ３　

聚丙烯（ＰＰ）是由丙烯聚合而得到的高分子化合　

物。由于其原料丰富，合成工艺比较简单，与其他通用　

热塑性塑料相比，ＰＰ具有相对密度小、价格低、加工性　

好以及综合性能较好等特点，其屈服强度、拉伸强度、　

表面硬度及弹性模量均较优异，并有突出的耐应力开　

裂性和耐磨性，因而在汽车工业、家用电器、建筑行业　

等多方而得到广泛的应用。但ＰＰ也存在低温脆性、韧　

性差以及机械性能较低、成型收缩率大等缺点，因此在　

应用上作为结构材料使用时受到了很大限制。为了扩　

大ＰＰ的应用范围并降低成本，必须对ＰＰ进行一定的　

改性［１．２１。由于物理填充改性的工艺简单、原材料成本　

较低，特别是随着纳米技术的发展，将纳米无机刚性粒　

子填充到聚合物中进行改性，开发出高性能的新型复　

合材料，已成为了近年来材料领域研究的一个热点ｐ棚。　

本文主要研究了微米级和纳米级ＣａＣＯ，对ＰＰ的　

填充改性，讨论了ＣａＣＯ　的表面处理、含量对复合材　

料力学性能的影响规律，为ＣａＣＯ　填充ＰＰ复合材料　

的加工和应用提供了一些理论基础。　

１实验部分　

１．１实验原料　

ＰＰ：Ｔ３０Ｓ，中国石化武汉凤凰股份有限公司，在标　

准测试条件下熔融指数为３．２：ｇ／１０ｍｉｎ；　

作者简介：张志洪，男，１９７９年出生，硕士，长期从事聚合物成型　加工、聚合物性能测试等领域的研究工作。　微米级ＣａＣＯ，：ＢＴ一３，广东恩平燕华化工实业有　

限公司，平均粒径为１．５　ｍ；　

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飞机典型复合材料结构损伤力学性能研究

作者：宋铁华

来源：《卷宗》2019年第17期

摘 要：飞机复合材料是一种复杂的多相体系，并且结构及材料成形同时完成，成型过程中各种不确定的影响因素都难以避免会使结构产生缺陷。飞机在使用过程中，复合材料结构会受到载荷的作用、人为因素和自然环境条件的影响而导致各类的损伤产生。了解复合材料结构件损伤力学性能，对于保障飞机安全高效运行是十分重要的。

关键词：飞机；典型复合材料；结构损伤；力学性能

1 影响飞机结构复合材料设计的因素分析

1）周围环境的不同会影响到飞机的使用情况，因为飞机的结构组成材料对环境的要求极高，比如在潮湿的环境下，一些复合材料就会生锈，这样一来就会造成零件受损、老化。在飞机使用的过程中会带来非常大的麻烦，飞机零件受损，飞机的安全性就出现了问题，在飞行过程中，很容易发生事故，因此设计飞机结构复合材料时，应该考虑到环境因素的影響。

2）在设计飞机结构复合材料时，应该注意开孔所会带来的影响。材料开孔就会影响到复合材料的受力情况，飞机的受力是在飞行过程中能否承载一定质量的参考标准，一旦受力问题出现，就会影响飞机的使用质量，就会影响飞机在飞行时的安全。

3）复合材料的选用也十分的重要，如果材料选用的不正确或者是材料的质量不好，就会影响到飞机的结构质量，在以后的飞行工作中也会受到很大的影响，并且随着社会的创新意识在增强，人们对于飞机结构复合材料的要求也越来越高了，所以应该根据技术不断的发展，选取前景比较好的复合材料。

2 飞机典型复合材料的力学性能

1）材料受牵伸时的力学性能。材料断裂时均具有较大的残余变形，即均属于塑性材料。不同的是，有些材料不存在明显的屈服阶段。对于不存在明显屈服阶段的塑性材料，工程中通常以卸载后产生数值为0.2%的残余应变的应力作为屈服应力，称为屈服强度。

第２６卷　第５期　２００６年ｌ０月　航空材料学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　Ｖｏ１．２６．ＮＯ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００６　树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究　杨彩云，李嘉禄，陈　利，张国利　（天津工业大学复合材料研究所，天津３００１６０）　摘要：通过拉伸、弯陆、压缩等实验，评价了４种不同结构的三维机织角联锁织物增强的碳／树脂基复合材料结构与　力学性能的关系。结果表明：对于纤维体积含量相近的４种不同结构的３Ｄ机织复合材料而言，它们之间的拉伸、　弯陆、压缩性能差异很大，在２倍左右；衬经纱和衬纬纱可以显著改善力学性能；纤维与树脂之间的界面破坏一脱　粘是３Ｄ机织复合材料最先发生失效的形式；带衬经衬纬的Ｎｏ．１结构复合材料的综合力学性能最佳。可以推断，　改进界面结合力能大大提高３Ｄ机织复合材料的力学性能。　关键词：３Ｄ机织复合材料；组织结构；力学性能；衬经纱；衬纬纱　中图分类号：ＴＢ３３２；Ｖ２５８．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５－５０５３（２００６）０５．５ｌ－０５　三维（３Ｄ）纺织复合材料是应航空航天、船舶、　汽车、建筑等领域的需要而于７０年代崛起的先进复　合材料。由于它具有比强度高、比刚度高、可设计性　强、抗疲劳性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等　优点，其应用日益广泛。目前，３Ｄ纺织复合材料的　应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂　的主承力构件¨　。　３Ｄ机织复合材料指用立体的三维机织物作为　复合材料的增强体制成的复合材料。除了上述共同　的优点以外，三维机织复合材料还具有优良的抗冲　击损伤性能、耐烧蚀性能、结构设计灵活、结构不分　层、整体性高、异型件一次织造成型、适合于大尺寸　制件的生产等特性　。然而，其结构设计的灵活性　带来的结构多样性使得设计人员面临着如何根据对　制件力学性能的要求合理选择预制件的组织结构的　难题。到目前为止，预制件的组织结构与力学性能　之间关系的数据较少，影响了其可靠性的评估。本　文结合多个科研院所对３Ｄ机织复合材料提出的力　学性能要求开发了４种不同组织结构的预制件并制　成复合材料试片。这４种结构的复合材料已经多次　成功地应用于卫星相机支架、雷达天线罩等制件中。　本工作对这４种常用的３Ｄ机织复合材料的拉伸、　弯曲、压缩等性能进行了系统的实验研究和分析。　收稿１３期：２００５－０４－０４；修订１３期：２００５－０６—３０　基金项目：天津市自然科学基金资助项目（０６ＹＦＪＭＪＣ０３０００）　作者简介：杨彩云（１９５９一），女，教授，主要从事纺织复合　材料制备及力学性能方面的研究工作，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｙａｎｇｃａｉｙｕｎ　＠ｔｊｐｕ．ｅｄｕ．ｅｎ。　实验和分析的结果一方面丰富了三维机织复合材料　的力学性能数据库；另一方面为三维机织复合材料　的应用提供了依据。　１　买　验　１．１材料和试样　试验采用的试片材料为４种不同组织结构的　Ｔ７００碳纤维３Ｄ机织物增强的树脂基复合材料。　１．２．１四种组织结构　本研究开发的４种三维机织物为三维机织层一　层正交角联锁织物　，其三维示意图如图１所示。　其中Ｎｏ．１织物为既带衬经又带衬纬结构，Ｎｏ．２织　物为带衬经结构，Ｎｏ．３织物为带衬纬结构，Ｎｏ．４织　物为不带衬经、衬纬结构。可以看出所有纬纱及衬　经纱，都呈直线状态。预制件主要结构参数如表１　所示。　１．２．２复合固化　复合固化采用ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）工　艺，即树脂传递模塑法固化成型。本试验所用树脂　为环氧树脂／固化剂／催化剂以一定比例配制而成，　密度为１．２６ｇ／ｃｍ　。复合固化后的试片尺寸及纤维　体积含量如表１所示。考虑到４种不同结构复合材　料试片的纤维体积含量差异不大，在后面的实验测　试分析中视纤维体积含量为等同。　１．２测试标准和方法　目前尚无３Ｄ机织复合材料力学性能的测试标　准，以我国国家标准ＧＢ１４４７－－８３，ＧＢ１４４９—８３和　ＧＢ３８５６－－８３为依据，同时参考了ＮＡｓＡ一９４一　

现代塑料加工应用　２　０　０　７年第１　９卷第４期　Ｍ０ＤＥＲＮ　ＰＬＡＳＴＩＣＳ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＣＩＮＳ　’　０　０　

ＰＶＣ／ＣａＣＯ３复合材料的结构与性能研究　

何杰　吴香发　贾　仁广　。　

（１．安徽理工大学化学工程系，安徽淮南，２３２００１；２．浙江中财管道科技股份有限公司，　

浙江新昌，３１２５００；３．龙口市南山塑钢建材总厂，山东龙口，２６５７１８）　

摘要：研究了表面改性微米重质ＣａＣＯ３填充的聚氯乙烯（ＰＶＣ）树脂所得ＰＶＣ／ＣａＣＯ３复合材料的结构和热力学与机械　性能。结果表明，改性微米重质ＣａＣＯ　的填充能明显提高ＰＶＣ基复合材料的缺口冲击强度和维卡软化温度。当填充质量　分数２Ｏ　的改性微米重质ＣａＣＯ３后，ＰＶＣ／ＣａＣＯ３复合材料的冲击强度为２Ｏ．９２　ｋＪ／ｍ　．比未加微米重质Ｃａｔ０３的提高了　４９．９　。扫描电镜（ＳＥＭ）观察复合材料的表面形态，发现拉伸断面有拉丝现象。热失重一差示扫描量热分析发现，微米重质　ＣａＣＯ３对ＰＶＣ基复合材料分解有一定的抑制作用。　关键词：　表面改性重质碳酸钙　聚氯乙烯　超声分散　热－机械性能　复合材料　

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＰＶＣ／ＣａＣＯ３　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

Ｈｅ　Ｊｉｅ　Ｗｕ　Ｘｉａｎｇｆａ　Ｊｉａ　Ｒｅｎｇｕａｎｇ　’。　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｈｕａｉｎａｎ，Ａｎｈｕｉ，２３２００１；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｚｈｏｎｇｃａｉ　Ｐｉｐｅｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，　

Ｘｉｎｃｈａｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，３１２５００；３．Ｎａｎｓｈａｎ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌｓ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｍａｉｎ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｌｏｎｇｋｏｕ，Ｌｏｎｇｋｏｕ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，２６５７１８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｍｉｃｒｏｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃａｒｂｏｎａｔｅ（　ｍ—ＧＣＣ）ｏｎ