冷却速率对热塑性复合材料残余应变演变及层间性能的影响：基于嵌入式光纤光栅（FBG）的监测

《Polymer Composites》：Influence of Cooling Rate on Residual Strain Evolution and Interlaminar Properties in Thermoplastic Composites With Embedded FBG Monitoring

热塑性复合材料残余应变演变机制研究：采用光纤布拉格栅传感器监测热压成型过程中不同冷却速率下PEEK、CF/PEEK及AL/CF/PEEK体系的残余应变与结晶行为，结合DSC分析结晶温度影响，通过DCB和SBS测试揭示冷却速率调控结晶形貌，进而影响纤维-纤维及纤维-金属界面力学性能，发现快速冷却对CF/PEEK有益但对AL/CF/PEEK有害，最终残余应变由树脂结晶与层间冷却均匀性共同决定。

　　

摘要

本研究利用光纤布拉格光栅（FBG）传感器实时监测热塑性复合结构在热压成型过程中不同冷却速率下的残余应变变化。研究了三种代表性结构：纯聚醚醚酮（PEEK）树脂、碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料以及铝合金/碳纤维增强聚醚醚酮（AL/CF/PEEK）复合材料。通过差示扫描量热法（DSC）分析了结晶温度对最终残余应变的影响。同时进行了双悬臂梁（DCB）试验和短梁剪切（SBS）试验，以评估不同冷却速率下纤维-纤维和纤维-金属界面的层间断裂韧性和剪切强度。研究结果表明，冷却速率会改变热塑性基体的结晶形态，从而影响材料性能。在CF/PEEK体系中，较快的冷却速率降低了结晶度，减少了残余应变，并提高了层间韧性和剪切强度；而在AL/CF/PEEK体系中，过快的冷却速率会导致冷却不均匀，增加残余应变并降低层间性能。研究发现，高性能热塑性结构中的残余应变受树脂结晶和层间冷却均匀性的共同影响，这些因素最终决定了材料的层间力学性能。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。