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聚酰胺静电纺丝纳米纤维膜在机翼结构设计中对断裂韧性的测试

发布日期:2020-11-30 作者:大连义邦科技 浏览数:14810
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航空领域正在向复合材料一步步转变,空中客车公司称其新型A350 XWB几乎一半采用复合材料制成,主要是碳纤维复合材料(CFRP),包括飞机的大部分机翼。CFRP具有比金属更好的强度重量比。
此外,波音787的复合材料重量约为50%,如果按体积测量则为80%。
机翼通常会选择铝合金或复合材料,但是无论哪种材料都需要考虑使用性能,除了强度要求,还要考虑抗损伤容限性能,即抗疲劳性、抗裂纹扩展能力、耐蚀性等。此外还要有一定的韧性,即一定角度范围内的弯曲变形,这时复合材料的较高的比强度和比刚度对于大展弦比机翼就是福音。
机翼结构中复合材料所占比例也越来越大,特别是小型飞行器或无人飞行器等。机翼结构可以是全复合材料热压罐成型,或复合材料蜂窝板一体结构等都得到了广泛的应用。
由于其高比强度和高刚度,正日益成为关键重量结构部件的首选材料。尽管具有这些特性,但复合材料的抗冲击性能、断裂韧性和分层强度普遍较差,尤其是在使用脆性热固性树脂时。
如何提高复材断裂韧性问题是大连义邦的Xantu Layr纳米纤维薄膜致力于解决的方向,Xantu Layr是一种电纺聚酰胺(PA66)纳米纤维交织面纱,可以解决了传统复合材料增韧、冲击后的压缩强度(CAI)、抗分层性等一系列系统的问题。纳米纤维膜在层间区域充当脆性树脂基体的纳米级增强物质,最终形成更坚韧的树脂,在受到压力或冲击时不易发生微小裂纹。
(电镜下的纳米线纤维膜巨大的表面积和高孔隙率)
Xantu.Layr 不是复合材料中纤维增强的物质,而是作为树脂的增强剂。例如:代替树脂中使用的增强颗粒,Xantu.Layr可以作为树脂韧性增强物质放置于每一层预浸料或者增强纤维之间。
通过实验,使用Xantu. Layr的预浸料在为易脆的树脂提供纳米级的增强膜来改善复合材料的性能,纳米纤维很容易被树脂浸湿,由于增强了疏水性,不会吸收水分,避免基体产生空隙,有效提高了复合材料层合板的抗分层特性、冲击强度之后的压缩和抗疲劳特性。
层间断裂韧性实验
断裂韧性测试是描述含裂纹材料抗断裂能力的一种性能,是衡量复合材料抗分层能力的一个指标。
根据ASTM D5528测试标准,测试垂直于裂纹平面的拉伸应力导致裂纹张开的结果。
采用双悬臂梁试验,实验材料为MTM57/T700S(24K)制成的12层单向层合压板。
可以看出,纳米纤维膜对本次实验有显著的影响,4.5g/m2 纳米纤维膜显示了具有156%的韧性改善,PA66具有相对于环氧树脂较高的断裂伸长率(分别为30%和4%),实验证明纳米纤维在层间区域的塑性变形降低了裂纹能量,从而增加了复材的断裂韧性。换句话说,纳米纤维膜降低了复合材料增强层之间环氧树脂的脆性,增加了环氧树脂在复合材料增强层之间裂纹吸收能量的特性。
碳纤维作为先进的复合材料在航空航天领域的需求不断增长,甚至碳纤维应用的数量已成为衡量一个国家在航天领域发展水平的重要标志之一。纳米纤维膜作为继增韧颗粒之后的新一代复合材料韧性增强物质无疑为航空航天行业的发展起到了促进作用。
注:Xantu.Layr具备AS9100c认证
本文意在传播新材料资讯,部分图片来自网络。


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