织物表面组织结构对经编间隔织物增强环氧树脂复合材料的冲击性能的影响

陈静蔚+李栋+陈明涛

摘要：通过将经编间隔织物与环氧树脂复合，制备了4种经编间隔织物增强树脂基复合材料试样。对复合材料进行了冲击试验，探讨了织物表面组织结构对复合材料冲击和能量吸收性能的影响，以期为不同应用条件下选择合适的织物结构参数提供依据。

关键词：经编间隔织物；环氧树脂；冲击性能；

引言

间隔织物以其独特的三维结构、高强度和组织结构变化多样性等优点，被广泛地作为增强体材料使用[1-4]。关于间隔织物增强复合材料的冲击性能已有不少研究。研究表明间隔织物的表面组织结构是影响复合材料抗冲击性能的重要因素。一般而言，表面组织网孔越大，复合材料的抗冲击性能越好，但是网孔过大的表面组织，使间隔丝更多的暴露在外，这样就增加了间隔丝受到损伤的几率，从而降低了复合材料的抗冲击性能。

要提高复合材料的抗冲击性能，需选用编织较为紧密的织物表面组织结构[5]。本文将经编间隔织物与环氧树脂进行复合，得到一种新型的经编间隔织物增强复合材料。通过冲击试验和分析，探讨不同织物表面组织和冲击速度对复合材料冲击及能量吸收性能的影响，以期为不同应用条件下选择合适的织物结构参数提供依据。

1 试样的制备与结构

1.1经编间隔织物的结构及参数

本文选取了4种具有不同织物表面组织结构不同的经编间隔织物。间隔织物的结构参数如表1所示。所选经编间隔织物均在机号为E18的拉舍尔双针床经编机上织造。

注：原料中的A和B分别代表33.3tex/96fPET复丝和PET单丝

1.2经编间隔织物复合材料的成型工艺

当前聚合物基复合材料成型的方法主要有：手糊成型法、模压成型法、缠绕成型法、RTM成型法等。不同的增强体材料结构，不同的基体材料性能，所采用的成型方法也不尽相同。经编间隔织物与传统的增强体材料相比，其面密度比二维机织及编织结构的面密度要小，树脂基体材料比较容易浸润。且织物在抽真空状态下不易变形，操作简单方便，精度高，故采用RTM成型法来制备经编间隔织物增强复合材料的试样。

2实验仪器及方法

冲击测试采用INPWSFCTRON公司生产的Dynatup 9250HV型落锤冲击仪。参考的测试标准为国标GB/T8171-2008（缓冲材料冲击测试标准）。Dynatup 9250HV型落锤冲击仪可以对3个参数（落锤高度、冲击初速度和冲击能量）中任意一个参数进行设定，当其中一个参数值设定后，其他的两个参数值由系统自动生成。本实验采取冲击初速度设定法，对4种复合材料进行了冲击初速度为2m/s的冲击测试。

3 间隔织物表面组织对复合材料冲击性能的影响

试样PWSFC1为纯树脂，PWSFC2、PWSFC3和PWSFC4的织物表面组织分别、编链、菱形网孔和六角形网孔，试样PWSFC1、PWSFC2、PWSFC3和PWSFC4在2m/s冲击速度下的冲击力-位移及能量-时间曲线如图1（a）和（b）所示。

（a）冲击力-位移曲线

（b）冲击能量-时间曲线

从图1（a）中可以看出，试样冲击力峰值的大小顺序为：PWSFC2> PWSFC4>PWSFC3>PWSFC1，具体来说，表面为编链的复合材料试样具有最大的冲击力峰值，而表面为纯树脂的复合材料试样具有最小的冲击力峰值。织物表面为网孔组织的试样的冲击力峰值介于两者之间，且表面为六角形网孔的复合材料试样的冲击力峰值值大于表面为菱形网孔的复合材料试样。而从图1（b）可得，4种试样能量吸收量的大小顺序为：EaPWSFC3>EaPWSFC4>EaPWSFC2>EaPWSFC1，符合能量吸收越多，冲击力峰值越小的规律。而PWSFC1为纯树脂，能量吸收最少。

从图1（a）可得，在相同的冲击能量下，试样PWSFC2率先达到冲击力的峰值，这说明试样PWSFC2更容易被“压实”进入密实区域。织物的表面组织结构对间隔丝的端部约束情况和排列分布有明显的影响。间隔丝绑套在织物表面组织的线圈中，在表面组织有网孔的试样中，相互挤压的线圈增加了间隔丝端部的约束力，从而增加了间隔丝的临界力值[7]。间隔丝临界力越大的织物，用其制备得到的复合材料的缓冲效果越好。

4结语

经编间隔织物的结构参数对复合材料的能量吸收性能有明显的影响。其中表面网孔较少的复合材料，在小应力值条件下具有较高的能量吸收率。反之，表面组织较大的复合材料更适合在大应力条件下作为能量吸收材料使用。因此，在实际的工程应用中，可以通过调整织物结构参数和冲击速度的方法来获得不同能量吸收性能的复合材料，以满足不同的应用需求。

参考文献

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