Advanced Engineering Materials:不同堆叠顺序的碳纤维增强环氧树脂/聚碳酸酯混合层压板的冲击和弯曲性能研究

近年来,随着能源需求的增加,碳纤维复合材料以其减重节能的特点在航空航天、汽车等领域得到了广泛的应用。传统的碳纤维增强热固性层压板在实际的使用中往往存在以下问题:造价高、断裂伸长率低、断裂韧性差以及使用中难以和其他零部件较好连接等。因此,混合型层压板逐渐受到了研究学者的关注,研发轻量化、高性能新结构材料已成为工业应用发展的迫切需求。另一方面,混合型层压板的堆叠顺序对其机械性能(弯曲、冲击,剪切等)会产生如何的影响有待研究。如何打破传统结构材料的设计思路以及优化设计混合层压板的堆叠顺序来适应不同的工业应用需求仍然是当前和未来的研究热点。

最近,华南理工大学机械与汽车工程学院谢颖熙课题组提出一种新型混合材料结构——碳纤维增强热固/热塑性混合层压板。采用传统的碳纤维增强环氧树脂层压板(CF/EP)作为主要的机械性能载体,采用塑性较高的碳纤维增强聚碳酸酯层压板(CF/PC)来改善CF/EP的破坏过程,既最大程度地实现了轻量化,又在一定程度上保证了层压板的强度。混合层压板采用他们先前优化设计的激光加工参数和两步热压法制备,为热固/热塑性混合层压板提供了一种新的制备方法。他们针对不同的堆叠顺序进行了拉伸、弯曲和冲击试验研究,分析了两种层压板之间的性能互补机制及协同增强特性,发现了冲击过程中的弯曲点转移现象,建立了弯曲和冲击过程的联系。同时,在层压板发生破坏时,这种机械协同特性可以给使用者提供有效的预兆,减小了安全隐患,不同的堆叠顺序为实际应用中提供了有效的指导。

图. 碳纤维增强环氧树脂/聚碳酸酯混合层压板的制备工艺

相关论文以题为“Impact and Flexural Properties Studies on Carbon Fiber Reinforced Epoxy/Polycarbonate Hybrid Laminates with Different Stacking Sequence”发表在Advanced Engineering Materials (DOI: 10.1002/adem.202000934)上。