碳纤维复合材料胶接强度怎么样?

  碳纤维复合材料最早用于军工和航空领域,碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量;并在耐疲劳性能、抗冲击性能、减振性能、耐高低温性能、耐腐蚀性能等方面都有显著的优点。除此之外,复合材料的可设计性是它超过传统材料的最显著的优点之一,许多构件和产品在使用过程中都要承受弯曲应。胶接连接因其工艺简单、成本低廉、具有能保持纤维连续性的特点而在航空复合材料结构中被广泛应用。本文以刚度平衡的胶接连接碳纤维复合材料试验件为研究对象,对其进行了轴向拉伸测试。

  碳纤维试验件采用T700预浸料制作,试件数量为5件,试验件搭接区长度为200mm,宽度为80mm,厚度为3.8mm;每端加厚区长度为195mm,宽度为87.6mm,端头厚度为11.4mm。铺层角度为[+45°/-45/0°/-45°/+45°/0°/45°/90°/-45°/0]s,经热压罐固化成型。

  试验方法参考ASTMD5961,在室温干态的试验环境下,试验件均利用试验夹具在试验件两端施加轴向拉伸载荷试验加载方式,为了保证试验的可靠性,试验件的两端采用不同厚度的铝合金加强片进行端部加强,两块铝合金的加强片厚度分别为3mm和6.8mm,厚度差正好是试验件的厚度3.8mm。目的是保证载荷作用线沿着试验件两部分之间的界面,从而将载荷的偏心度降到最小,最大程度上减少附加弯矩。另外加强片端部有45°的倒角,以便降低应力集中。

  通过拉伸实验可以看出,试件的拉伸破坏载荷在134kN左右,5个试验件的载荷位移曲线重复性较为一致,曲线斜率吻合较好,曲线峰值相差也在15%以内从中还可以看出:在拉伸的起始,载荷随着位移的增加而呈线性增加随着载荷的增加,曲线的斜率逐渐增大,这表明有更多的纤维承载拉伸载荷,相等的单位载荷产生较小的变形;在试验曲线的末端,可以看到载荷突然下降的现象,这是因为在加载到一定程度时,试验件出现了基体开裂,某些角度铺层的纤维拉断。

  综上,因为所采用的胶层的剪切强度高于层合板的层间剪切强度,试件在胶层以外的层合板的层间发生剪切破坏。在拉伸载荷的作用下,胶接连接件试验区端部附近的应变最大,而中间区域的应变值比较小。在拉伸载荷作用下试件发生层间剪切破坏,分层是从试验件端部向试件中间扩展的。破坏并没有发生在胶接面内,而是发生在胶层以外的层合板的层间,这是因为所采用的胶层的剪切强度高于层合板的层间剪切强度。

 

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