[發明專利]一種評價纖維增強復合材料界面性能的方法及其應用

有效

• 申請號: 202011439114.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112666051B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張揚;張一川;王峰
• 申請（專利權）人: 中航復合材料有限責任公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N5/04;G01N3/24;G01N23/2273;G06F30/20
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及復合材料增韌領域和多元非線性指標評價領域，具體公開了一種評價纖維增強復合材料界面性能的方法及其應用。本發明提供的評價方法考慮了纖維、上漿劑、基體樹脂的多方耦合，利用商業數學軟件MATLAB的多元非線性回歸分析建立一種更為全面的評價上漿劑影響復合材料界面性能的模型，基于該模型預測纖維增強復合材料界面性能的優化方向。區別于常用的基于疊加原理的線性評價體系，本發明能夠在復合材料設計階段標定纖維材料上漿劑對層合板性能的影響，并分析與上漿劑相關的各個界面性能指標的權重因子，優選出對復合材料界面性能有正面影響的上漿劑和/或纖維，提高了纖維增強復合材料的優化效率。

技術領域

本發明涉及復合材料增韌領域和多元非線性指標評價領域，尤其是涉及一種評價纖維增強復合材料界面性能的方法及其應用。

背景技術

玻璃纖維是制造高性能復合材料的主要纖維增強材料，基于其優異的力學性能，玻璃纖維復合材料在航天航空領域得到了廣泛的應用，并且逐漸向主承力結構件發展。上漿劑是提升玻璃纖維與樹脂基體界面性能的重要因素，尤其是由上漿劑連接樹脂與玻璃纖維的力學性能過渡區，更是對復合材料的界面性能有著巨大的影響。在復合材料設計階段，對纖維上漿劑的選用需要通過制成層合板后的力學性能測試來評價。由于評價復合材料界面性能時要考慮到玻璃纖維、上漿劑、基體樹脂的多方耦合，而現有的方法是通過4到5個指標分別獨立的評價纖維的界面性能，缺乏綜合性的整體評價，因而容易出現評價失真的問題，導致不能有針對性的優化界面性能，使材料設計和優化的效率大大降低，這就限制了新型復合材料的不斷迭代發展。因此，尋找一種可以真實反映上漿劑性能的指標體系，并依據該體系優化復合材料界面性能的方法就很有必要。

發明內容

一、要解決的技術問題

針對現有技術中復合材料界面性能評價方法容易出現評價失真，不能有針對性的優化復合材料界面性能的問題，本發明提出了一種基于可測試的多種界面性能指標的多元非線性纖維上漿劑性能綜合評價方法及其在界面性能改進中的應用。

二、技術方案

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于上漿劑性能評價纖維增強復合材料界面性能的方法，包括以下步驟：

(1)將上漿劑涂覆在纖維上，測試得到以下界面性能指標：

R(Ra)：上漿后纖維表面粗糙度，nm；

K(K)：50m纖維絲束起毛量，mg；

S(S)：纖維表面上漿劑含量，％；

O(O/Si)：纖維表面氧元素與硅元素比例，％；

(2)將測試得到的界面性能指標代入以下模型中進行迭代擬合，得到分析數據組，據此評價復合材料的界面性能；

其中，指標Y是復合材料界面剪切強度(IFSS)在[0,100]MPa區間內的線性映射，作為評價上漿劑對復合材料界面性能影響的因變量，是一個無量綱的參數；p1-p7因子是描述不同界面性能指標對復合材料界面性能影響的權重參數，其中p2、p5、p7因子對應上漿后纖維表面粗糙度，p1因子對應50m纖維絲束起毛量，p4因子對應纖維表面上漿劑含量，p3、p6因子對應纖維表面氧元素與硅元素比例。

作為一種優選的實施方式，步驟(1)中，所述纖維為玻璃纖維，復合材料的基體樹脂為環氧樹脂。

作為一種優選的實施方式，步驟(1)中，R、K、S、O是纖維上與上漿劑直接相關的界面性能指標。大寫字母R、K、S、O是括號中對應參量的簡寫，在模型中使用簡寫形式。