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聚酰胺靜電紡絲納米纖維膜在機翼結構設計中對斷裂韌性的測試

發(fā)布日期：2020-11-30 作者：大連義邦科技瀏覽數：15905

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航空領域正在向復合材料一步步轉變，空中客車公司稱其新型A350 XWB幾乎一半采用復合材料制成，主要是碳纖維復合材料（CFRP），包括飛機的大部分機翼。CFRP具有比金屬更好的強度重量比。

此外，波音787的復合材料重量約為50％，如果按體積測量則為80％。 

機翼通常會選擇鋁合金或復合材料，但是無論哪種材料都需要考慮使用性能，除了強度要求，還要考慮抗損傷容限性能，即抗疲勞性、抗裂紋擴展能力、耐蝕性等。此外還要有一定的韌性，即一定角度范圍內的彎曲變形，這時復合材料的較高的比強度和比剛度對于大展弦比機翼就是福音。

機翼結構中復合材料所占比例也越來越大，特別是小型飛行器或無人飛行器等。機翼結構可以是全復合材料熱壓罐成型，或復合材料蜂窩板一體結構等都得到了廣泛的應用。

由于其高比強度和高剛度，正日益成為關鍵重量結構部件的首選材料。盡管具有這些特性，但復合材料的抗沖擊性能、斷裂韌性和分層強度普遍較差，尤其是在使用脆性熱固性樹脂時。

如何提高復材斷裂韌性問題是大連義邦的Xantu Layr納米纖維薄膜致力于解決的方向，Xantu Layr是一種電紡聚酰胺(PA66)納米纖維交織面紗，可以解決了傳統(tǒng)復合材料增韌、沖擊后的壓縮強度（CAI）、抗分層性等一系列系統(tǒng)的問題。納米纖維膜在層間區(qū)域充當脆性樹脂基體的納米級增強物質，最終形成更堅韌的樹脂，在受到壓力或沖擊時不易發(fā)生微小裂紋。

Xantu.Layr 不是復合材料中纖維增強的物質，而是作為樹脂的增強劑。例如：代替樹脂中使用的增強顆粒，Xantu.Layr可以作為樹脂韌性增強物質放置于每一層預浸料或者增強纖維之間。

通過實驗，使用Xantu. Layr的預浸料在為易脆的樹脂提供納米級的增強膜來改善復合材料的性能，納米纖維很容易被樹脂浸濕，由于增強了疏水性，不會吸收水分，避免基體產生空隙，有效提高了復合材料層合板的抗分層特性、沖擊強度之后的壓縮和抗疲勞特性。

層間斷裂韌性實驗

斷裂韌性測試是描述含裂紋材料抗斷裂能力的一種性能，是衡量復合材料抗分層能力的一個指標。

根據ASTM D5528測試標準，測試垂直于裂紋平面的拉伸應力導致裂紋張開的結果。

采用雙懸臂梁試驗，實驗材料為MTM57/T700S（24K）制成的12層單向層合壓板。

可以看出，納米纖維膜對本次實驗有顯著的影響，4.5g/m2 納米纖維膜顯示了具有156%的韌性改善，PA66具有相對于環(huán)氧樹脂較高的斷裂伸長率(分別為30%和4%)，實驗證明納米纖維在層間區(qū)域的塑性變形降低了裂紋能量，從而增加了復材的斷裂韌性。換句話說，納米纖維膜降低了復合材料增強層之間環(huán)氧樹脂的脆性，增加了環(huán)氧樹脂在復合材料增強層之間裂紋吸收能量的特性。

碳纖維作為先進的復合材料在航空航天領域的需求不斷增長，甚至碳纖維應用的數量已成為衡量一個國家在航天領域發(fā)展水平的重要標志之一。納米纖維膜作為繼增韌顆粒之后的新一代復合材料韌性增強物質無疑為航空航天行業(yè)的發(fā)展起到了促進作用。

注：Xantu.Layr具備AS9100c認證

本文意在傳播新材料資訊，部分圖片來自網絡。

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