摘　要：通過測試玻璃纖維多軸向經編織物增強復合材料的三點彎曲全載荷―撓度曲線，研究了不同樹脂基體和不同增強體取向對復合材料彎曲性能的影響。
關鍵詞：多軸向經編織物，復合材料，彎曲性能，聚合物，玻璃纖堆

　　纖維增強復合材料是20世紀材料科學領域迅速發展的一類新材料，由于具有優異的綜合性能近些年來得到了廣泛的應用。纖維增強復合材料主要由纖維增強材料和基體材料組成。作為復合材料中的增強材料，近幾年來也從早期的長絲鋪設發展到采用各種織物，使復合材料的加工更連續化、自動化，并且提高了復合材料的力學性能，降低了成本，為復合材料終用于量大面廣的民用領域打下了堅實的基礎。玻璃纖維多軸向經編織物增強復合材料就是在這大好的發展形式下應運而生的一種新型復合材料。目前，對于玻璃纖維多軸向經編織物與環氧樹脂復合材料的實驗和理論研究已經有很多。但是有關這種針織物與另外兩種常用樹脂乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂復合的材料的研究目前仍是空白。這后兩種樹脂的性能特點與環氧樹脂不同，多軸向經編織物又是具有不同取向的織物，這樣，玻璃纖維多軸向經編織物與這兩種樹脂復合的材料性能與玻璃纖維多軸向經編織物與環氧樹脂復合的材料不同。本文對三種樹脂玻璃纖維多軸向經編織物增強復合材料的彎曲性能展開研究，在型號為CMT024的微機控制的電子萬能試驗機上測試這三種復合材料的三點彎曲全載荷―撓度曲線，通過對這些曲線的分析揭示并研究不同樹脂基體和不同織物取向對玻璃纖維多軸向經編織物增強復合材料彎曲性能的影響。

1　實驗方法

1.1　原材料
　　本實驗所采用的玻璃纖維多軸向經編織物是由常州宏發土工復合材料有限公司提供的，在Liba公司的copcentra-Multi-axial型多軸向經編機上編織，織物的具體參數如表1所示；樹脂選用了江蘇亞邦涂料股份有限公司生產的191不飽和聚酯樹脂，上海樹脂廠生產的E-51(618)環氧樹脂，以及上海富晨化工有限公司生產的FUCHEN891乙烯基酯樹脂，樹脂基體的配方參數如表2所示。

1.2　試件的制備
　　采用手糊成型工藝，基本工具有：成型模具、塑料薄膜、刮刀、標準厚度墊片(5 mm)、天平、180 mm×180 mm大小的玻璃纖維多軸向經編織物，織物為5層，厚度3 mm左右；把按配比混合好的樹脂均勻地涂在織物上，充分浸潤織物，用刮刀往復刮涂，除去殘留氣泡和多余樹脂，在進行10 min的真空脫泡處理后，放入模具中(用5 mm的標準墊片控制)，常溫固化24 h，然后再置入80℃的烘箱放2 h，由此制得復合材料的的半成品，纖維體積含量基本控制在60％左右。然后沿同一方向按照GB 1449-8截取試樣，不規則的邊緣用電鋸切除并用砂輪打磨光滑。
1.3　性能的測試
　　參照玻璃纖維增強塑料彎曲性能實驗方法(GB 1448-83)，即采用三點加載簡支梁法來加工試樣和進行材料的彎曲性能測試。實驗儀器為三思CMT 5204微機控制電子萬能試驗機，彎曲加載速度為2 mm/min。本次實驗中復合材料試樣的寬度b為15 mm，厚度為h，長度L大于20h。實驗加載方式見圖1，跨厚比l／h為16。

2　實驗結果及分析

2.1　不同樹脂基體玻璃纖維多軸向經編織物增強復合材料彎曲性能曲線研究
　　在CMT5204微機控制的電子萬能試驗機上測得的玻璃纖維織物不同種樹脂復合材料試樣三點彎曲全載荷―撓度曲線由圖2所示。

　　從圖2中我們可以看到，隨著復合材料所承受的彎曲應力的增大，材料的彎曲應變也逐漸增大，后當材料發生彎曲破壞時，它所承受的彎曲應力迅速減小。同時，我們還可以看到，曲線上有些位置，試樣的彎曲應力有微弱的波動，尤其是環氧樹脂為基體的復合材料，這種現象尤其明顯。
　　造成這種現象的原因是由于材料表面的樹脂在彎曲應力作用下產生裂痕而引起的；也有的是因為材料局部位置出現了織物和樹脂的層間脫離而引起的。從圖2中我們可以看到以乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂為基體的復合材料試樣的彎曲曲線要比環氧樹脂為基體的復合材料試樣的彎曲曲線要光滑些，這說明，玻璃纖維織物／環氧樹脂復合材料相對于其他兩種樹脂基體復合材料來說其表面樹脂更容易產生裂痕，纖維織物和樹脂之間的界面粘結強力也較弱。
2.2　不同樹脂玻璃纖維多軸向經編織物復合材料沿不同取向的彎曲性能曲線研究

　　圖3、圖4和圖5分別顯示了三種樹脂的玻璃纖維織物復合材料沿織物經向、緯向和斜向的彎曲撓度應力曲線?？梢钥吹?，各條曲線基本呈非線性，對于同一撓度，三種材料都顯示了經向彎曲強度大、斜向彎曲強度次之、緯向彎曲強度小的特點。這主要是由于織物紗線的幾何參數決定的，本實驗中所采用的織物紗線，經向的線密度普遍高于緯向和斜向。而斜向的彎曲強度又略微高于緯向的彎曲強度，這主要是由于經編織物在編織的過程中，織物層數越多，織物中紗線的轉移性能就越差，成圈過程中線被織針刺穿的可能性就越大，當緯向有襯緯紗被織針刺穿時，是所有的織針同時穿透了這根紗線，由于紗線的慣性，它不可能同時在所有的位置推開織針，因此就造成了整根紗線的損傷；而對于斜向紗線來說，織針只刺穿紗線的某一個部位，而不會造成整根紗線的損傷。同剛，我們還可以看到，對于同一撓度，玻璃纖維織物／乙烯基酯樹脂復合材料各個取向上的彎曲強度普遍高于其他兩種玻璃纖維織物復合材料相對應的彎曲強度。其原因主要是乙烯基酯樹脂既具有環氧樹脂優良的粘結性和機械強度，又具有不飽和聚酯樹脂的良好的工藝性能，它是結合了聚酯和環氧兩種樹脂的長處的一種新型樹脂。這表明在織物結構相同的情況下，織物紗線的幾何參數、基體類型等的不同也會影響到復合材料的彎曲撓度應力曲線的變化。

3　結論

　　(1)玻璃纖維織物／環氧樹脂復合材料的彎曲性能相對于乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂復合材料的彎曲性能要差，主要是玻璃纖維織物與環氧樹脂的界面粘結強度較弱，織物和樹脂之間容易發生層間脫離。
　　(2)三種樹脂的玻璃纖維織物復合材料沿不同取向彎曲強度不一樣，經向彎曲強度大、斜向彎曲強度次之、緯向彎曲強度小。這是由織物紗線的幾何參數和織物編織過程中的纖維損傷決定的。在同一種樹脂基體的條件下，紗線線密度越大的取向，彎曲強度也就越大；同樣，在樹脂基體和紗線線密度相同的條件下，緯向的彎曲強度肯定要比斜向和經向的彎曲強度小。