复合材料石墨纤维层压结构断口金相分析显微镜

　　降低复合材料损坏影响程度的最容易的方法或许是在暴露表面上施
加上一层冲击吸收材料。因此，要对碳／石墨纤维层压结构采取措施，
即在结构的外表面附加上玻纤或芳纶纤维层，以防止冲击和其他环境所
造成的损伤。通过降低众多环境损伤“最低”值，可增大层压结构许可
规范的作用。玻纤层的另一个优点是当在碳／石墨纤维复合材料外表面
附加上这一玻纤表层后，受到外部冲击不会发生损伤。其他方法如下：

　　(1)采用应变更高的纤维和韧性更好的基体。这是美国空军为新型
高性能飞机用碳／石墨纤维层压结构的断裂韧性和冲击性能的提高而采
用的一种方法。研究工作主要集中到高应变碳／石墨纤维和具有优异韧
性的先进热塑性基体的开发上。

　　(2)改进铺设程序。改进层压结构层的铺设程序，以降低层间应力
或损伤开口度。已研制出的铺设程序之一是(30／—302130／90)，L这
种铺设方法要在层压结构的中平面铺放90°纤维层；从纵向抗拉强度和
模量上看，这样处理要比其他处理方法更好定位。然而，对下列潜在性
问题需加以考虑：

　　1)纤维层厚度。由于断裂现象主要发生在90°纤维层，所以，应减
少90°纤维层的厚度，不要让他们粘附在一起。有可能的话，将其从层
压结构中平面处移走。

　　2)针织。已充分证明贯穿层压结构厚度中的针织法可将压层结构纤
维层连接在一起，可明显降低制品横向拉伸断裂的倾向。

　　3)编织。层压结构经编织技术处理后，可消除弱纤维层界面。但也
有某些不足，如其制造工艺复杂，缺乏改进其他性能的功能。

　　4)边缘加盖增强材料。在层压结构的切割边缘，采用芳纶纤维层或
玻纤层可起到降低层间正常应力，提高静态强度和疲劳强度的作用。

　　5)带缺口边缘。某些研究人员发现沿薄层压结构边缘带有窄切口会
破坏边缘载荷的轨迹，往往会造成应力集中。

　　6)关键纤维层的封端。在中平面带有90°纤维层的层压结构受拉伸
力作用时，会在纤维层间或纤维层内的界面上产生层间应力极值。这是
因为泊松比与周围的纤维层差别较大的缘故。解决的方法之一是将90°
纤维封端，与悬空角分开。

　　7)分离开关键纤维层。如果材料在中平面匹配不好(如90~纤维层失
配合)，会引起分层，但如果切出这一分离纤维层，就不再发生分层。

　　8)混杂技术。采用像玻纤那样的软质材料取代如。纤维层效果良好
。但不得选用芳纶纤维，因为芳纶纤维的抗剪强度太差。

　　9)胶粘剂层插入。胶层可软化层压结构中心，增大其耐冲击性能，
但反过来会显著地降低弯曲刚度。