聚合物基復合材料中孔隙率及層間剪切性能的實驗表征

       在不同固化壓力條件下制作孔隙含量不同的層合板。將層合板進行超聲C掃描以識別孔隙率分布不同的區域，然后再將孔隙率分布相對均勻的區域進行超聲波二次穿透反射法檢測以精確測量孔隙的含量，并取試樣測量孔隙的體積含量和測試層間剪切性能( LSS)。結果表明，在孔隙率低于4%時，孔隙率與層間剪切性能基本成線性關系，并且孔隙率每增加I %，層間剪切性能約下降8%。從而建立起層合板中孔隙率與層間剪切性能的定量表征關系。

      孔隙問題是多聚物復合材料工藝中普遍存在的問題。其形成原因主要是材料存放過程中的吸濕作用和鋪層操作對空氣的機械夾雜作用。一般說來，纖維增強樹脂基復合材料中的孔隙率，主要取決于制造技術和固化方法。孔隙率的出現對材料的層間剪切性能有著顯著的影響，同時也對壓縮強度、抗沖擊性能和疲勞壽命有重要影響。孔隙是材料所不期望得到的內部缺陷，在復合材料加工中應該盡量減少或去除。但對所有纖維一樹脂系統，從復合材料中完全去除孔隙是不可能的，因此必須考慮孔隙率對復合材料力學性能的影響。

       前人的研究表明，不管是采用實驗方法測定還是采用理論模型預測孔隙率對復合材料力學性能的影響，其共同點都是力學性能隨著孔隙率的增加而下降，但具體影響的數值卻不一樣，表現為孔隙率對力學性能的影響離散性大，重復性差。因此，為了表征某種材料中孔隙率對力學性能的影響，應該通過可靠的實驗來確定復合材料中可接受的孔隙率水平。

      為了進行質量控制，必須對復合材料結構件中的缺陷進行檢測。超聲檢測是復合材料中缺陷檢測的最常用的無損檢測技術。該技術能檢測到復合材料中的脫層、孔隙及夾雜物等典型缺陷。而碳纖維增強復合材料是不均勻各向異性材料，超聲衰減相對較高，因此，建立起材料中最大的可接受的超聲衰減系數來代替孔隙含量是可行的。

      本工作設置一系列固化壓力來制備層合板，并根據層合板的不同區域得到較寬范圍的孔隙率，并就孔隙率對碳纖維復合材料層間剪切強度的影響進行實驗研究。選擇短梁剪切試驗的原因是試樣尺寸比較小，容易從層合板中孔隙率分布均勻的區域選取。

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