文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
Z-pin增强双马来酰亚胺层合板制备及力学性能研究
姓名:马丹
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:李勇
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
近年来我国大力发展航空航天领域,对纤维增强耐高温树脂基复合材料提出了迫切的需求,
Z-pin 增强技术以其突出的三维增强效果,弥补了先进树脂基层合板层间强度偏低的不足。本文
以双马树脂基层合板为应用对象,开展 Z-pin 增强双马层合板技术研究。
首先,针对双马树脂低温高粘度及双峰固化反应特点,重点研究了双马 Z-pin 拉挤成形工
艺,并成功制备出碳纤维/BMI 树脂(T300/NHZP-1)复合材料 Z-pin。同时开展了 Z-pin 数控植
入泡沫载体工艺,超声辅助植入工艺,以及 Z-pin 增强双马层合板模压固化成型工艺研究,探
索了低成本制备 Z-pin 增强双马层合结构的工艺路线。
其次,试验研究了 Z-pin 增强层合板层间断裂韧性,分析了 Z-pin 植入直径、Z-pin 植入体积
分数对 I、II 型层间断裂韧性的影响。试验结果表明,Z-pin 植入能显著提高层合板层间断裂韧性
并主要取决于 Z-pin 植入体积含量,随着 Z-pin 植入体积分数的增加,层合板层间断裂韧性增加。
同时分析 Z-pin 增韧机理是 Z-pin 通过与层合板基体间的机械嵌接力及其他化学结合力、在裂纹
扩展过程中 Z-pin 拔出或剪断产生的抗力以及 Z-pin 自身的弹性变形等约束来增强层合板层间强
度和层间断裂韧性。
最后,制备了不同规格 Z-pin 增强层合板,研究 Z-pin 对层合板面内拉伸、开孔拉伸性能的
影响。试验结果表明:①Z-pin 植入后引起层合板拉伸强度降低显著,对拉伸模量影响较小。层
合板拉伸强度随着 Z-pin 植入直径、体积分数的增大而降低,并主要取决于 Z-pin 植入体积含量,
%体积分数的 Z-pin 增强层合板拉伸强度降低幅度高达 %。Z-pin 引起的层合板拉伸强度
降低是非线性变化的;②Z-pin 植入后对层合板开孔拉伸强度的影响很小。结合层合板无损状态
下拉伸强度,Z-pin 增强层合板的开孔拉伸剩余强度比例较空白层合板有较大的提高,并随着
Z-pin 体积分数增加而增加,最高增幅达 10%。③ Z-pin 植入后改变了层合板内微观力学结构,载
荷作用下应力应变状态由层合板内纤维、树脂及厚度方向上 Z-pin 等联合响应,层合板破坏失效
模式和力学响应机理变得更加复杂。

关键词:复合材料,Z-pin 增强,双马来酰亚胺树脂,层间断裂韧性,面内力学性能
I
Z-pin 增强双马来酰亚胺层合板制备及力学性能研究
Abstract
With the outstanding effect of the three-dimensional enhancement, Z-pin technology make up the
deficiencies of fiber-reinforced polymer laminates in the thickness direction. In this paper, based on the
BMI resin posite laminates, the research on preparation process and mechanical properties
of Z-pin reinforced posite laminates was carried out.
Firstly, based on the characteristics of low-temperature high viscosity and curing process of BMI
resin, this paper focus on the pultrusion molding process of BMI Z-pin. Moreover, the lowcost
preparation process of Z-pin reinforced posite laminates was studied, which include Z-pin
inserted, Z-pin ultrasound implanted, and Z-pinned BMI pression molding curing
process.
Secondly, the influence of Z-pin inserted param