缝纫复合材料层合板吸湿性能研究

马元春

摘 要 本文对不同铺层的缝纫复合材料层合板进行了吸湿试验研究，明确了吸湿对其力学性能的影响，为该种材料的工程应用奠定了基础。

关键词 缝纫；复合材料；力学性能；工程应用

中图分类号 TB332 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）08-0061-01

先进复合材料具有比模量、比强度高等优点，已广泛应用于航空航天等飞行器结构上[1-2]，其应用量的多少成为衡量飞机先进性的标志之一[3]。但由于其横向承载和抗冲击能力差，层间性能低，使得复合材料在飞机主承力部件上的使用受到限制。为了充分利用复合材料效能，挖掘其内在潜力，研究者采用了多种途径来提高复合材料的层间性能。其中缝纫作为一种有效的层间增强方式被广泛使用。本文将通过试验研究吸湿对缝纫件力学性能的影响，为工程应用提供参考。

1 试验材料

本文所研究的复合材料体系为T300/QY9512国产复合材料体系，采用RFI方法进行成型。缝合方法为通厚缝合，缝纫线为400旦（Denier）Kevlar29纤维，平行于铺层0°方向缝合，缝纫针距3mm，行距5mm。试件全部采用对称均衡铺层，具体试验类型、试验数量、试件状态和铺层比例见表1。试件分为两种状态，干态指正常状态，湿态指试件在试验前需要吸湿预处理，即放入71℃蒸馏水中浸泡吸湿三周。铺层比例是指组成试件的0°、±45°、90°铺层所占的百分比。

2 试验过程

所有力学性能试验均在INSTRON1195万能试验机上进行，试验类型为拉伸、压缩、面内剪切和层间剪切。根据相应的标准采用位移控制方式进行加载直至试验件破坏。应变数据的采集使用WJ-2型电阻应变仪。试验环境温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%。

3 试验结果与分析

由表2～4可以看出，A类（A2、A3）铺层和B类（B1）铺层湿态情况下的拉伸强度、拉伸模量及泊松比均高于干态时的对应值。其中A类铺层拉伸强度增幅较小，拉伸模量和泊松比则增幅较大，A2铺层拉伸模量的偏差百分比达到10.8%，A3铺层泊松比的偏差百分比达到7.1%；而B1类铺层拉伸强度增幅相对较大，其偏差百分比达到6.6%，拉伸模量和泊松比则增幅较小。

A类（A2、A3）铺层和B类（B1）铺层湿态情况下的压缩强度均低于干态时的对应值。下降幅度B1类铺层最大，达到了18.1%；两类铺层湿态情况下的压缩模量均略高于干态时的对应值。

A类（A2、A3）铺层和B类（B1）铺层湿态情况下的层间剪切强度均略低于干态时的对应值。A2铺层湿态情况下的面内剪切强度略有降低，而A3铺层则略有升高。A类（A2、A3）铺层湿态情况下的面内剪切模量均高于干态时的对应值。其中A2铺层面内剪切模量的偏差百分比达到8.0%。

总体来说，吸湿对缝纫复合材料制件的拉伸模量和压缩强度影响较大，对其他力學性能影响较小。试验中缝纫复合材料T300/QY9512经71℃的蒸镏水中浸泡三周后吸湿量为1.5%，大约是未缝合复合材料层板的1.5倍。必须注意的是，由于缝纫复合材料制件吸湿量较大，则其在实际使用过程中潮湿环境下增重较多，在设计过程中应该予以考虑。

4 结论

缝纫复合材料制件的吸湿量约为1.5%，吸湿对缝纫复合材料制件的拉伸模量和压缩强度影响较明显，对其他力学性能影响较小。

参考文献

[1]杨敏超.某型飞机垂尾前缘抗鸟撞减重设计[J].科技与创新，2017（8）：128-129.

[2]杨敏超.复合材料储能飞轮包容环的结构设计[J].科学家，2017，4（5）：28-29.

[3]陈绍杰.复合材料设计手册[M].北京：航空工业出版社，1990.