碳纤维针刺复合材料的工艺简单、可设计性强和成本较低，具有高比强度、高比模量等优异性能，可用于制造高超声速飞行器的机翼前缘、固体火箭发动机喷管、飞行器刹车等不规则热防护部件[1~3]
因此，对针刺复合材料的制备和力学性能的研究越来越多
张晓虎等[4]和嵇阿琳等[5]对不同工艺的针刺C/C复合材料进行拉伸、压缩和弯曲力学实验，定性分析了针刺工艺对材料力学性能的影响
Li等[6]和Nie等[7] 测试针刺C/C和C/C-SiC复合材料的高温力学性能，给出了温度对材料性能的影响
但是，上述实验测得的针刺复合材料力学性能均有一定的离散性
这种离散性与材料中针刺区域分布的随机性和纤维结构的不确定性相关
这表明，针刺材料的微细观结构特征，例如不同区域的孔隙结构[8]、纱线尺寸变化[9]等因素对其力学性能都有很大的影响
用微细观分析模型，可定量分析表征材料的微细观结构特征
Xie等[10]建立了针刺C/C-SiC复合材料的细观模型，用有限元法预报材料的刚度性能并分析了针刺工艺对其刚度性能的影响
同时，对于微细观结构不确定性问题，分析了试样尺寸及针刺工艺对针刺材料离散性的影响，给出了实验测试时合适的试样尺寸[11]
贾永臻[12]建立针刺区域的数值计算模型，预报了针刺C/C复合材料的拉伸模量和剪切模量
本文作者也观测了碳纤维增强树脂基针刺复合材料内部结构，给出了计算材料刚度性能的理论分析方法并成功预报了针刺复合材料的弹性模量[13]
但是，目前关于预测针刺复合材料强度的报道较少[14,15]
尤其是描述针刺工艺对强度的影响，还没有成熟的表征方法或理论模型
针刺复合材料是通过针刺工艺把面内纤维引入到厚度方向，但是在提高层间和厚度方向性能的同时降低了面内性能
因此针刺工艺直接影响材料的面内性能，特别是面内的强度
鉴于此，本文对6种不同工艺的碳纤维增强树脂基针刺复合材料进行拉伸测试，分析针刺工艺参数对其面内拉伸强度的影响并观测断口表面及材料内部形貌和分析材料的断裂机制
基于纤维累计损伤理论(LLS)提出一个针刺复合材料面内拉伸强度预测模型，来预报不同工艺针刺复合材料的面内拉伸强度
1 实验方法
针刺复合材料预制体为针刺整体毡
针刺整体毡，是由无纬布和短切纤维网胎交替叠层连续针刺而成的准三维PAN基T700碳纤维预制体[14,16]，如图1所示
无纬布由单向连续长纤维组成，相邻两层
声明：
“不同针刺工艺的针刺复合材料面内拉伸强度分析” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：戚云超,方国东,周振功,梁军
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2025年06月06日 ~ 08日 
