高性能環氧樹脂復合材料(二)功能1

  高性能環氧樹脂復合材料(二)功能1 
   2006年09月22日　　　　 
  二、組成材料及其功能
  前面曾概括地介紹了環氧復合材料的組成材料及其功能。本節將從力學復合效應的角度作進一步地分析，并提出對高性能環氧復合材料組成材料性能的要求。專家以單向纖維復合材料為例用細觀力學和細觀斷裂力學的方法，定性地分析各種受力情況下各組成材料在復合材料中所起的作用和機理。
  1、縱向拉伸
  環氧樹脂澆注體及纖維的力學性能、環氧樹脂澆注體和纖維的力學性能、環氧樹脂澆注體的應力-應變曲線表明，縱向拉伸載荷PcL由纖維和基體共同承擔。
  2、橫向拉伸
  橫向拉伸的情況比較復雜。雖然已提出十幾種理論和公式，但終因力學模型與實際情況不完全符合而使理論值與實測值有差距。我們只從定性的方面結合實際情況作一些分析。復合材料的橫向拉伸不僅與基體、界面及纖維的性能有關，而且受纖維排列的平直及規整程度、界面粘結強度，孔隙率等工藝因素的影響很大。概括地講，高模量的纖維起著限制基體變形的作用。這導致復合材料橫向拉伸模量高于基體的模量，提高的幅度與纖維體積含量Vf及纖維模量Ef有關。復合材料的橫向拉伸強度則與其破壞模式有密切關系。破壞模式可能是：基體拉伸破壞、界面脫粘及纖維撕裂。實際上纖維被撕裂的情形很少有，大多為基體和界面混合破壞。
  從玻纖/EP復合材料實測值可以看到，復合材料的橫向拉伸強度之比可高達2.3。圖中的實線是橫向拉伸強度等于30MPa的復合材料的理論曲線，二者是相當吻合的。大的基體往往是脆性基體，應力集中增大，結果使低于基體強度。而延性大的基體雖然應力集中小，可是其本身強度較低，雖然使復合材料的橫向拉伸強度高，但實際值并不高。試驗研究表明采用基體增韌的方法，即在基體的強度和模量基本不降低或降低不大的前提下，提高基體的斷裂延伸率，可以顯著地提高復合材料的橫向拉伸強度?；w韌性的增加還提高了抵抗裂紋失穩擴展的能力，這對提高強度是有利的。此外，選用橫向模量小的纖維(如CF)能降低基體的應變增大因子，從而能提高復合材料的橫向拉伸強度。