聚合物基复合材料中孔隙率及层间剪切性能的实验表征

       在不同固化压力条件下制作孔隙含量不同的层合板。将层合板进行超声C扫描以识别孔隙率分布不同的区域，然后再将孔隙率分布相对均匀的区域进行超声波二次穿透反射法检测以精确测量孔隙的含量，并取试样测量孔隙的体积含量和测试层间剪切性能( LSS)。结果表明，在孔隙率低于4%时，孔隙率与层间剪切性能基本成线性关系，并且孔隙率每增加I %，层间剪切性能约下降8%。从而建立起层合板中孔隙率与层间剪切性能的定量表征关系。

      孔隙问题是多聚物复合材料工艺中普遍存在的问题。其形成原因主要是材料存放过程中的吸湿作用和铺层操作对空气的机械夹杂作用。一般说来，纤维增强树脂基复合材料中的孔隙率，主要取决于制造技术和固化方法。孔隙率的出现对材料的层间剪切性能有着显著的影响，同时也对压缩强度、抗冲击性能和疲劳寿命有重要影响。孔隙是材料所不期望得到的内部缺陷，在复合材料加工中应该尽量减少或去除。但对所有纤维一树脂系统，从复合材料中完全去除孔隙是不可能的，因此必须考虑孔隙率对复合材料力学性能的影响。

       前人的研究表明，不管是采用实验方法测定还是采用理论模型预测孔隙率对复合材料力学性能的影响，其共同点都是力学性能随着孔隙率的增加而下降，但具体影响的数值却不一样，表现为孔隙率对力学性能的影响离散性大，重复性差。因此，为了表征某种材料中孔隙率对力学性能的影响，应该通过可靠的实验来确定复合材料中可接受的孔隙率水平。

      为了进行质量控制，必须对复合材料结构件中的缺陷进行检测。超声检测是复合材料中缺陷检测的最常用的无损检测技术。该技术能检测到复合材料中的脱层、孔隙及夹杂物等典型缺陷。而碳纤维增强复合材料是不均匀各向异性材料，超声衰减相对较高，因此，建立起材料中最大的可接受的超声衰减系数来代替孔隙含量是可行的。

      本工作设置一系列固化压力来制备层合板，并根据层合板的不同区域得到较宽范围的孔隙率，并就孔隙率对碳纤维复合材料层间剪切强度的影响进行实验研究。选择短梁剪切试验的原因是试样尺寸比较小，容易从层合板中孔隙率分布均匀的区域选取。

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