碳纖維針刺復合材料的工藝簡單、可設計性強和成本較低，具有高比強度、高比模量等優異性能，可用于制造高超聲速飛行器的機翼前緣、固體火箭發動機噴管、飛行器剎車等不規則熱防護部件[1~3]
因此，對針刺復合材料的制備和力學性能的研究越來越多
張曉虎等[4]和嵇阿琳等[5]對不同工藝的針刺C/C復合材料進行拉伸、壓縮和彎曲力學實驗，定性分析了針刺工藝對材料力學性能的影響
Li等[6]和Nie等[7] 測試針刺C/C和C/C-SiC復合材料的高溫力學性能，給出了溫度對材料性能的影響
但是，上述實驗測得的針刺復合材料力學性能均有一定的離散性
這種離散性與材料中針刺區域分布的隨機性和纖維結構的不確定性相關
這表明，針刺材料的微細觀結構特征，例如不同區域的孔隙結構[8]、紗線尺寸變化[9]等因素對其力學性能都有很大的影響
用微細觀分析模型，可定量分析表征材料的微細觀結構特征
Xie等[10]建立了針刺C/C-SiC復合材料的細觀模型，用有限元法預報材料的剛度性能并分析了針刺工藝對其剛度性能的影響
同時，對于微細觀結構不確定性問題，分析了試樣尺寸及針刺工藝對針刺材料離散性的影響，給出了實驗測試時合適的試樣尺寸[11]
賈永臻[12]建立針刺區域的數值計算模型，預報了針刺C/C復合材料的拉伸模量和剪切模量
本文作者也觀測了碳纖維增強樹脂基針刺復合材料內部結構，給出了計算材料剛度性能的理論分析方法并成功預報了針刺復合材料的彈性模量[13]
但是，目前關于預測針刺復合材料強度的報道較少[14,15]
尤其是描述針刺工藝對強度的影響，還沒有成熟的表征方法或理論模型
針刺復合材料是通過針刺工藝把面內纖維引入到厚度方向，但是在提高層間和厚度方向性能的同時降低了面內性能
因此針刺工藝直接影響材料的面內性能，特別是面內的強度
鑒于此，本文對6種不同工藝的碳纖維增強樹脂基針刺復合材料進行拉伸測試，分析針刺工藝參數對其面內拉伸強度的影響并觀測斷口表面及材料內部形貌和分析材料的斷裂機制
基于纖維累計損傷理論(LLS)提出一個針刺復合材料面內拉伸強度預測模型，來預報不同工藝針刺復合材料的面內拉伸強度
1 實驗方法
針刺復合材料預制體為針刺整體氈
針刺整體氈，是由無緯布和短切纖維網胎交替疊層連續針刺而成的準三維PAN基T700碳纖維預制體[14,16]，如圖1所示
無緯布由單向連續長纖維組成，相鄰兩層
聲明：
“不同針刺工藝的針刺復合材料面內拉伸強度分析” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：戚云超,方國東,周振功,梁軍
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2025年08月07日 ~ 09日 
