玻纖分布層合熱塑性復合材料的力學性能及其失效行為

張 楊, 沈春銀, 李 賓, 方 荀, 戴干策

(華東理工大學1.機械與動力工程學院; 2.化學工程聯合國家重點實驗室,上海 200237)

玻纖分布層合熱塑性復合材料的力學性能及其失效行為

張 楊1, 沈春銀2, 李 賓1, 方 荀2, 戴干策2

(華東理工大學1.機械與動力工程學院; 2.化學工程聯合國家重點實驗室,上海 200237)

使用連續玻纖氈和玻纖網格布兩種形態增強體,通過宏觀不均勻增強體結構設計,在連續化運行的雙鋼帶壓機上制備得到了玻纖分布層合熱塑性復合材料,探討了玻纖增強體分布層合結構對復合材料力學性能及其失效破壞行為的影響。結果表明,玻纖增強體的宏觀不均勻層合結構對復合材料的拉伸及彎曲性能的影響存在差異;連續玻纖氈位于外側的分布層合結構能夠抑制裂紋在垂直于拉力方向的擴展,層間分離的同時使更多的纖維束拔出斷裂,顯著改善了復合材料的拉伸性能;玻纖網格布位于外側的分布層合結構則使其彎曲性能明顯提高,外側玻纖網格布中取向的玻纖呈現張力破壞使復合材料能夠承受更高的彎曲載荷;分布層合結構中引入的玻纖網格布發揮了纖維束增韌作用,大幅提高了復合材料的沖擊強度;與玻纖氈增強熱塑料復合材料(GMT)相比,適宜的分布層合結構可使復合材料的拉伸及彎曲性能提高59%～76%、沖擊強度提高53%。

玻纖復合材料; 增強體分布; 層合結構; 力學性能; 失效破壞

熱塑性復合材料因力學性能良好、密度較低、易于成型加工、制品結構可設計性好及存儲限制少等特性在航空航天、交通運輸、新能源等領域得到廣泛的應用[1-4]。隨著社會的發展和應用的深入,傳統復合材料的性能無法滿足日益增長的需求,國家“十三五”規劃明確將通用材料的高性能化作為重點研究方向。

使用高性能增強體對通用塑料增強是一種行之有效的手段,但是隨著復合材料的應用領域不斷擴大,具備單一增強體的復合材料的性能越來無法滿足多元化的需求。復合材料的組合形式發生了變化,一是增強相的微觀化,比如納米粒子增強塑料的出現;另一種則是組分的多元化,比如混雜復合材料的出現。雖然增強相的微觀化和組分的多元化成果顯著,但是也帶來了諸多不便,特別是對于通用材料而言,復雜的工藝和較高的原料成本是限制其應用的關鍵[5-8]。

復合材料結構可以分為微觀結構、細觀結構和宏觀結構3種。在熱塑性復合材料領域,納米材料增強和混雜增強兩種方法主要著力于增強相的類型選擇、制備目的追求細觀異相、宏觀均相的復合體系,屬于材料細觀結構設計,而直接對復合材料宏觀結構設計方面的研究比較少[9-12]。路惠玲等[13]通過控制連續玻纖氈增強復合材料過程中基體膜的厚度,得到了在垂直方向上具備玻璃纖維含量梯度分布的連續玻纖氈增強熱塑性復合材料(GMT),結果表明具備玻纖分布能夠在一定程度上提升材料的性能。王劍磊等[14]利用雙鋼帶壓機制備了玻纖網格布增強PC復合材料,研究了制備工藝和疊層結構對材料性能的作用規律。方荀等[15]采用連續單向纖維和長纖維氈制備了組合增強材料,發現不同形態纖維對材料整體性能有各自不同的貢獻。已有的研究表明,連續纖維氈的適宜分布可使GMT的彎曲性能提高25%,但會損失其韌性;玻纖網格布的均勻分布可使復合材料的拉伸模量有60%的提升;單向連續纖維則能顯著改善片材的沖擊性能?？梢?增強體的形態及其分布結構對復合材料的力學性能有著不同的影響機制,如何利用各自的優勢以改善其力學性能、拓展應用領域是亟待解決的問題。

連續玻纖氈由連續纖維隨機拋絲針刺而成,是最簡單的非織造3D結構,其熱塑性復合材料應用廣泛。玻纖網格布是一種2D編織結構,即用無捻粗紗進行正交編織得到的平紋織物,是玻纖織物中最簡單的一種形式,性能優異、價格較低廉,用作增強體時成本較低。本文使用連續玻纖氈和玻纖網格布,進行不同形態玻纖增強體的宏觀不均勻分布層合結構設計,考察了不同結構下復合材料的力學性能,并討論了增強及受力破壞的失效行為。

1 原料和儀器

1.1原料

玻纖網格布:面密度400 g/m2,泰山玻璃纖維有限公司;連續玻纖氈:600 g/m2,泰山玻璃纖維有限公司;Y2600T,上海石油化工有限公司;K7926,上海賽科石油化工有限責任公司;馬來酸酐接枝聚丙烯(MPP):上海仲真材料科技公司?？寡鮿?1010、168,瑞士氣巴基嘉公司。

1.2設備和儀器

平板硫化機:YX-25型,上海西瑪偉力模塑機械公司;鼓風烘箱:101A-3型(300 ℃),上海實驗儀器總廠;雙螺桿擠出機:GE218130-41型,盧森堡Gauder集團;雙鋼帶壓機:實驗室自主研發;萬能試驗機:CMT4204型,深圳新三思試驗設備有限公司;沖擊試驗機:XJU-2.75型,承德試驗機有限公司; 數碼顯微鏡:BL-SW640,BELONA,鄂州市貝朗科技有限公司;掃描電子顯微鏡(SEM):JSM-6360LV型,日本電子株式會社。

1.3材料的制備

1.3.1 聚丙烯基體膜制備 將聚丙烯樹脂、助劑及相容劑MPP按計量比例混合均勻后,在雙螺桿擠出機上擠出制膜,得到經相容劑MPP改性的聚丙烯薄膜基體。

1.3.2 玻纖分布層合復合片材的制備 為了得到具備玻纖增強體宏觀不均勻分布的復合材料,選用玻纖網格布和連續玻纖氈兩種不同形態的增強體,對材料進行了分布層合結構設計,如圖1所示。圖1(a)為外側分布玻纖網格布,居中分布單層連續玻纖氈;圖1(b)為外側分布玻纖網格布,芯層分布兩層連續玻纖氈;圖1(c)為外側分布連續玻纖氈,芯層分布兩層玻纖網格布。

將連續玻纖氈和玻纖網格布在105 ℃下干燥2 h之后,按照圖1中的分布層合結構,與聚丙烯薄膜疊加一起通過雙鋼帶壓機熔融浸漬得到復合片材?？刂茝秃掀目偟牟＠w含量為40% (質量分數,下同)。圖2所示為制備過程的流程圖。

1.4材料的測試和表征

1.4.1 力學性能測試 根據GB/T 1447—2005標準進行拉伸性能的測試,測試條件:模量速率設定為2 mm/min,強度速率設定為5 mm/min,每組樣品測試5根樣條,取平均值。

根據GB/T 1449—2005標準進行彎曲性能的測試,測試條件:模量速率設定為2 mm/min,強度速率設定為2 mm/min,每組樣品測試5根樣條,然后取平均值。

根據GB/T 1843—2008標準進行有缺口的沖擊強度的測試,每組樣選取5根樣條進行,然后取平均值。

1.4.2 斷面形貌分析 試樣的宏觀表現形態,采用數碼攝像機進行采樣拍攝。放大倍數40～200倍。測試樣條的斷面進行噴金處理后,經SEM獲取圖片。

圖2 玻璃增強體分布層合復合片材示意圖Fig.2 Schematic diagram of composites with glass fiber reinforcement distribution-layering structure

2 實驗結果與討論

2.1片材外觀及其內部結構形態

經過雙鋼帶壓機制備板材,得到不同分布層合結構復合片材的表面形態(圖3)。由圖3可以看出,3種分布層合結構片材的表面比較光滑、具有亞光特質,其中結構A及B的表面明顯可見玻纖網格布的紋理痕跡。由此可見,在相同的雙鋼帶壓機運行工藝條件下,基體樹脂對連續玻纖氈及玻纖網格布的滲透浸漬效果總體相似,均可制得外觀良好的分布層合結構玻纖增強聚丙烯復合材料。

圖4示出了3種不同片材的SEM斷面形態。由圖4可以看出,分布層合結構中玻纖網格布纖維束并沒有明顯的扭曲和擴散現象,玻纖網格布層和連續玻纖氈層分層明顯,表明所制備的復合片材保持了增強體的宏觀不均勻分布層合結構。

2.2拉伸性能及其拉伸失效行為

不同玻纖分布層合結構的復合片材拉伸性能如圖5所示。圖5的結果表明,由于增強體的空間分布不同,片材性能有很大差別。與GMT相比,A、B、C 3種結構的復合片材拉伸強度分別提高了31.7%、42.2%和59.5%,拉伸模量分別高出13.0%、23.7%和59.6%,表明玻纖網格布的加入的確能明顯增強材料性能。同時,結構B的拉伸強度和模量比結構A的分別提高了7.9%和9.4%,即內部連續玻纖氈分布層數的增加可以增強材料性能。進一步地,結構C中的增強體分布與結構B的相反,而結構C片材的拉伸強度和彈性模量比結構B的又提高了12.2%和29.0%,也即玻纖網格布分布于片材中部對材料拉伸性能提升最明顯。

圖3 不同玻纖增強體分布層合結構復合材料的的外觀形態Fig.3 Appearance of composites with different glass fiber reinforcement distribution-layering structures

圖4 玻纖分布層合復合片材截面SEM圖Fig.4 Cross section SEM of glass fiber reinforcement distribution-layering structure composite sheets

玻纖網格布層在受到縱向的拉伸應力作用時,由于縱向纖維束的高度取向,其承擔應力效果高于無規取向的連續玻纖氈增強體,所以其縱向強度閾值遠高于連續玻纖氈層的強度。玻纖網格布橫向纖維束由于與拉伸應力呈90°,無法發揮玻纖增強效能,僅靠纖維與基體之間的界面黏結作用承擔應力,所以玻纖網格布橫向強度閾值低于連續玻纖氈層強度。圖6所示為拉伸試樣的斷口形態,可以發現復合片材的拉伸斷裂缺口均在玻纖網格布橫向纖維束處。這也與圖4中的玻纖網格布纖維束內存在大量空隙、浸漬差相一致。這些空隙是復合片材中的主要缺陷,成為與應力垂直方向的明顯薄弱點。

圖5 不同玻纖分布層合結構復合片材的拉伸性能Fig.5 Tensile performance of composites with different distribution-layering structures

由圖6可見,層合結構B片材的拉伸試樣斷口處有明顯的纖維拔出,長度明顯大于層合結構A的纖維拔出;圖6(d)顯示層合結構B片材在斷口處十分毛糙,而結構A則相對整齊。這表明采用層合結構B的復合片材在即將失效時,裂紋擴展是圍繞一片區域附近發展的,而結構A則是裂紋直接由材料內部缺陷開始迅速擴展成宏觀裂縫。層合結構A和B的差異在于玻纖連續氈的分布,表明中間的連續玻纖氈層對外部玻纖網格布層裂紋擴展有一定影響,玻纖連續氈多層分布能夠改變裂紋擴展路徑,從而延緩材料的失效,提升性能。

對比圖6(a)、6(b)和6(c)可知,雖然拉伸斷裂裂口都在橫向纖維束處,但是采用分布層合結構C的片材斷口存在層間剝離現象,相對于結構A和B而言,其斷口的毛糙程度和纖維拔出長度都明顯偏高。

圖6 不同玻纖增強體分布層合結構材料拉伸試樣失效斷口形態Fig.6 Failure morphology of tensile test specimen of composite with different glass fiber reinforcement distribution-layering structures

圖7(a)和7(b)顯示了層合結構C的拉伸試樣斷裂后的明顯分層現象。由此可見層合結構 C的片材在失效的時候,其裂紋擴展途徑比層合結構B更復雜,除了在網格布層橫向纖維束處,還能夠向層間擴散,連續氈層對網格布層中拉伸裂紋的擴展產生約束作用,阻止內部微裂紋快速橫向擴展轉而成為層間剝離裂縫,從而提升材料性能。分布層合結構C復合片材的拉伸性能最好,拉伸強度和模量分別為161.59 MPa和8 133.8 MPa。

2.3彎曲性能及其彎曲破壞失效行為

不同分布層合結構復合片材的彎曲性能如圖8所示。由圖8可見,彎曲強度從大到小依次排列分別是:結構B>結構A>結構C>GMT,結構B、A、C比GMT的彎曲強度分別高71.6%,60.7%和44.9%。結構B和結構A的彎曲強度高于結構C,即玻纖網格布分布在外側對彎曲強度貢獻大,中間連續玻纖氈的多層分布對彎曲強度有益。

圖7 不同玻纖增強體分布層合結構材料拉伸試樣側面圖Fig.7 Side view of tensile test specimens of different glass fiber reinforcement distribution-layering structure composites

彎曲模量的大小順序則為:結構B>結構C>結構A>GMT,結構B、C、A的彎曲模量比GMT的分別高出75.9%、36.8%和13.8%,玻纖網格布的加入表現出非常有益的增強效果。分布層合結構C比分布層合結構A有更高的彎曲模量,一定程度上說明連續玻纖氈多層分布有利于改善片材的彎曲模量。

圖8 不同玻纖增強體分布層合結構復合片材的彎曲性能Fig.8 Flexural performance of composites sheet with different glass fiber reinforcement distribution- layering structures

一般的纖維增強復合材料的彎曲破壞過程如下:(1)在初始階段,復合材料的整體承受外加應力,其上表面受到的主要是擠壓作用,下表面受到的主要是拉伸作用,中間層主要是應力的傳遞;(2)隨著上下表面受到的應力不斷增大,復合材料內部的彈性變形也隨之增大,材料內部的應力作用致使基體和纖維之間發生界面剪切破壞和纖維拔出與斷裂產生微裂紋,微裂紋進一步擴展成為裂紋,材料失效[16]。在這個過程中,材料表面強度和剛性對整體性能有重要影響,如果表面強度不夠,很可能在彎曲載荷加載初期因為表面破壞而引起整體失效,可能涉及到的破壞機理有上表面面內起皺和壓力破壞、內部剪切以及下表面張力破壞,一些典型的失效破壞行為如圖9所示。

由于玻纖網格布正交取向,抗拉能力強,所以玻纖網格布的加入能夠明顯提升材料彎曲性能。同時又由于材料在彎曲載荷過程中,表面受到的拉應力最大,內部次之,所以玻纖網格布分布于外側表面能更有效提升材料彎曲性能[10]。圖10示出了采用不同分布層合結構的片材的彎曲試樣的失效形態。從圖10(a)～10(d)可以看出,采用層合結構A和B的彎曲試樣失效特征類似,有上表面受到擠壓而產生的面內起皺、下表面受到拉伸張力作用而產生的纖維張力破壞和外表面張力破壞,外側的玻

圖9 三點彎曲實驗可能涉及到的破壞模式Fig.9 Possible failure modes in three-point blending test

纖網格布發揮其高抗拉增強效果,屬于圖9(a)和9(b)的混合體;圖10(e)～10(f)則顯示層合結構C的彎曲試樣具有明顯的層間剪切裂縫,屬于圖9(d)的內部剪切破壞模式,玻纖網格布層高的抗拉強度作用沒有得到發揮。圖10(b)和10(d)表明層合結構B的彎曲斷口比結構A粗糙且不整齊,即中間層的連續玻纖氈層對材料彎曲產生明顯影響。中間連續玻纖氈層越厚,其抵抗和傳遞剪切應力能力越強,對外側玻纖網格布層的斷裂行為有約束作用,所以層合結構B彎曲性能高于層合結構A。分布層合結構B復合材料的彎曲性能最好,彎曲強度為198.56 MPa,彎曲模量為7 841.2 MPa。

2.4沖擊性能及其沖擊失效行為

不同結構復合片材的沖擊性能示于圖11。從圖11可以看出,增強體分布方式對材料韌性有影響,缺口沖擊強度從大到小分別為:分布層合結構C>分布層合結構A≈分布層合結構B>GMT。與GMT相比,分布層合結構C片材沖擊強度高出53.3%;結構C比結構A的沖擊強度高出7.5%;玻纖網格布加入能夠明顯增強材料韌性。

圖12示出了沖擊試樣的斷口圖像,結果發現:(1) 3種沖擊試樣的連續玻纖氈層全部斷裂,玻纖網格布層存在纖維束連接;(2) 3種沖擊試樣均伴隨著部分連續玻纖氈層和玻纖網格布層之間的分層剝離,其中分布層合結構A和結構B的情況類似,而結構C分層剝離程度明顯大于結構A和B。

圖10 不同玻纖增強體分布層合結構材料彎曲試樣失效形態Fig.10 Flexural test specimen failure morphology of composites with different glass fiber reinforcement distribution-layering structures

圖11 采用3種不同玻纖增強體分布層合 結構復合片材的沖擊強度Fig.11 Izod impact performance of composites sheet with different glass fiber reinforcement distribution- layering structures

在受到沖擊載荷作用后,對于連續玻纖氈層,由于浸漬程度高、纖維無規取向、整體比較均勻,并沒有特別大的缺陷,其裂紋一般由微孔隙或者纖維增強體/基體界面發育,沿著材料薄弱地帶發展,直到整體失效。整個過程涉及到部分的無規取向的纖維撥出和纖維斷裂,吸收能量不多。對于玻纖網格布層,應力首先集中在沖擊缺口附近的橫向纖維束,裂紋由橫向纖維束中的空隙向前發育,被縱向纖維束阻止,當縱向纖維束應力集中而斷裂時,裂紋繼續沿著橫向纖維束發展,直到最后貫穿整個片材,在這一過程中橫縱向纖維束的大量斷裂和基體脫黏而吸收了大量能量,所以玻纖網格布的加入能明顯提升沖擊韌性[11,15]。

在整個過程中,連續玻纖氈層和玻纖網格布層幾乎同步受到沖擊載荷,但是由于玻纖網格布層裂紋發育主要涉及到正交取向的纖維束,基體部分主要傳遞應力,所以應變較小,裂紋發育快;連續玻纖氈層的裂紋發育涉及到基體、纖維-基體界面、纖維,所以應變比較大,同時裂紋發育相對比較慢。這樣的整體應變不均一導致片材實際斷裂過程中,玻纖網格布層先迅速斷裂,而后應力迅速集中到連續玻纖氈層而使之斷裂,使片材沖擊破壞時呈現扭斷形態,同時伴隨大量的層間剪切剝離[12]。

對于不同的玻纖分布而言,分布層合結構A和B中,玻纖網格布在外側,連續玻纖氈居中分布,兩者沒有太大差別,其斷裂機理基本相同,所以沖擊強度相近。在分布層合結構C中,外側的連續玻纖氈層對中間的玻纖網格布層的裂紋發育有約束作用,使得玻纖網格布內部橫向纖維束裂紋擴展過程中,不僅僅向束內,還會向連續玻纖氈層和玻纖網格布層的交界處進行擴展,形成大量的層間剝離,這樣的過程進一步吸收了額外的能量,所以分布層合結構C的沖擊強度更高。

圖12 不同玻纖增強體分布層合結構材料沖擊試樣失效形態Fig 12 Damage image of impact test specimen failure morphology of composite with different glass fiber reinforcement distribution-layering structures

由此可見,不同形式的玻纖增強體的分布對材料沖擊失效機理不同,玻纖網格布中高度取向的纖維束對材料韌性提升明顯,而通過一定的分布層合結構設計,連續玻纖氈能與玻纖網格布產生協同作用。同等情況下,采用分布層合結構C的復合片材沖擊性能最好,沖擊強度達到107.24 kJ/m2,比純GMT沖擊強度高53.3%。

3 結 論

利用連續運行的雙鋼帶壓機制備了玻纖網格布和連續玻纖氈兩種不同形態玻璃纖維增強體分布層合復合片材,研究了連續玻纖氈和網格布的宏觀不均勻空間分布對復合材料性能的影響,結果表明,增強體分布層合結構上的宏觀不均勻性對力學性能的影響明顯,適宜的分布層合結構在材料承受載荷時能夠改變失效破壞的形態及途徑,提高承載能力使其力學性能大幅提升,具體表現為:

(1) 玻纖網格布居中分布,連續氈外側分布的分布層合結構C中連續氈層能夠對網格布層的裂紋的擴展有約束作用,兩者對載荷的作用產生協同效應,使拉伸和沖擊載荷承載能增大,從而實現材料剛性和韌性的同步增強。

(2) 玻纖網格布分布于外側,連續氈分布在中部的分布層合結構B,其取向的網格布內纖維束可以充分發揮抵抗彎曲載荷時的纖維張力作用,復合材料呈現纖維張力破壞主導模式,從而顯著提升彎曲性能。

(3) 與GMT相比,適宜的分布層合結構可使復合材料的力學性能顯著增大,拉伸強度和模量均可提升59.5%,達到161.6 MPa和8 133.8 MPa;彎曲強度和模量分別提高71.6%和75.9%,達到198.6 MPa和7 841.2 MPa;沖擊強度提升53.0%,達到107.2 kJ/m2。

[1] KUMAR K V,SAFIULLA M,AHMED A N K.An experimental evaluation of fiber reinforced polypropylene thermoplastics for aerospace applications[J].Journal of Mechanical Engineering,2013,43 (2):92-97.

[2] PRIEM C,OTHMAN R,ROZYCKI P,etal. Experimental investigation of the crash energy absorption of 2.5D-braided thermoplastic composite tubes[J].Composite Structures,2014,116(9-10):814-826.

[3] FRIEDRICH K,ALMAJID A A.Manufacturing aspects of advanced polymer composites for automotive applications[J].Applied Composite Materials,2013,20:107-128.

[4] 孫銀寶,李宏福,張博明,連續纖維增強熱塑性復合材料研發與應用進展[J].航空科學技術,2016,27(5):1-7.

[5] CHOI J,SHIN H,YANG S,etal.The influence of nanoparticle size on the mechanical properties of polymer nanocomposites and the associated interphase region:A multiscale approach [J].Composite Structures,2015,119:365-376.

[6] BIRAT K C,PANTHAPULAKKAL S,KRONKA A,etal.Hybrid biocomposites with enhanced thermal and mechanical properties for structural applications[J].Journal of Applied Polymer Science,2015,132 (34),441-445.

[7] BEN G,SAKATA K.Fast fabrication method and evaluation of performance of hybrid FRTPs for applying them to automotive structural members[J].Composite Structures,2015,133(1):1160-1167.

[8] ZHUANG Chuan,ZHANG Jie,LIU Jianwen,etal.Glass fibers with carbon nanotube networks as multifunctional sensors[J].Advanced Functional Materials,2010,20(12):1885-1893.

[9] THOMASON J L.Micromechanical parameters from macromechanical measurements on glass reinforced polypropylene[J].Composites Science and Technology,2002,62(10-11):1455-1468.

[10] SHI H,VILLEGAS I F.Strength and failure modes in resistance welded thermoplastic composite joints:Effect of fibre-matrix adhesion and fibre orientation[J].Composites:Part A,2013,55:1-10.

[11] KANNAN T G,WU C M,CHENG K B.Open hole flexural and izod impact strength of unidirectional flax yarn reinforced polypropylene composites as a function of laminate lay-up[J].Polymer Composites,2013,34(11):1912-1920.

[12] ARIKAN V,SAYMAN O.Comparative study on repeated impact response of E-glass fiber reinforced polypropylene and epoxy matrix composites[J].Composites:Part B,2015,83:1-6.

[13] 路惠玲,PP/GMT連續熔融浸漬[D].上海:華東理工大學,2001.

[14] 王劍磊,沈春銀,吉華建,等.玻纖網格布增強PC復合片材的制備及其拉伸性能[J].華東理工大學學報(自然科學版),2014,40(4):427-432.

[15] FANG Xun,SHEN Chunyin,DAI Gance.Mechanical properties of unidirectional continuous fiber tapes reinforced long fiber thermoplastics and their manufacturing[J].Journal of Reinforced Plastics and Composites,2016,35(5):408-420.

[16] J M 霍奇金森.先進纖維增強復合材料性能測試[M].北京:化學工業出版社,2005.

MechanicalPropertiesandDamageBehaviorofThermoplasticCompositeswithGlassFiberDistribution-LayeringDesign

ZHANGYang1,SHENChun-yin2,LIBin1,FANGXun2,DAIGan-ce2

(1.SchoolofMechanicalandPowerEngineering;2.StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)

Based on the macro heterogeneity reinforcement structure design,two different forms of continuous glass fiber mat and mesh were used to prepare the glass fiber distribution-layering thermoplastic composites by the continuously running double-steel belt press machine.The influences of glass fiber distribution-layering structures on composite’s mechanical properties and damage behavior were discussed.The results reveal that there is difference in improving the tensile and flexural properties with different reinforcement distribution-layering structures.The outer side continuous glass fiber mat in distribution-layering structure reinforcement can not only restrain the development of hairline crack which is perpendicular to stress direction,but also induce layers peeling with extra pull-broken glass fibers,and thus enhances the tensile properties of composites significantly.On the other hand,the outer side glass fiber mesh in distribution-layering structure reinforcement provides oriented fibers bearing more force with tension failure mode,therefore improves the flexural properties significantly.Fiber bundles within the mesh play a role of toughening,and largely increase the impact strength.Compared with glass fiber mat reinforced thermoplastics (GMT),for the composites with appropriate distribution-layering structure the tensile and flexural properties can increase by59%～76%,and the notched Izod impact strength can increase by53%.

glass fiber composites; reinforcement distribution; layering structure; mechanical property; damage behavior

1006-3080(2017)04-0465-09

10.14135/j.cnki.1006-3080.2017.04.003

2016-10-19

國家自然科學基金(21376086)

張 楊(1991-),男,湖北武漢人,碩士生,研究方向為纖維增強熱塑性復合材料。E-mail:030130271@mail.ecust.edu.cn

沈春銀,E-mail:ichuny@ecust.edu.cn

TQ327;TB332;TS102.4

A