高性能環氧樹脂復合材料(二)功能2

  3、縱向壓縮
  基體的性能對復合材料的縱向壓縮性能有較大的影響。復合材料縱向壓縮破壞形式很多,如纖維失穩、基體屈服、界面脫粘、基體開裂、纖維壓斷、45°剪切破壞等現象,并能互相引發、擴展,后導致破壞。不少學者依據這些現象提出了各自的縱向壓縮破壞模式和理論公式。但理論值與實測值都有一定差距??v向壓縮破壞機理不很清楚。大體上講,實際的宏觀破壞形式主要有三種,即復合材料形成彎折帶而破壞、沿縱向劈裂(分層)破壞和與載荷成45°角方向剪切破壞。彎折帶的形成是由于纖維受壓失穩、基體受壓失穩或屈服、或基體太軟,模量太小,不能給纖維足夠的支持所致。
  分層破壞的原因主要是基體強度太低,界面粘結力小,孔隙率含量大,或在復合材料制備時就形成纖維彎曲(如纖維本身的彎曲和編織造成的彎曲,鋪層時的偏差等)受縱向壓縮時會在基體中產生橫向拉應力,易造成基體沿縱向開裂及界面脫膠。環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家說,45°剪切破壞是典型的脆性破壞模式,發生在基體、纖維及界面的強度都很大,而延伸率較小的情況下。復合材料縱向壓縮破壞的模式隨組成材料的性能、形態和相互組合的不同而異,沒有統一的破壞模式。它們之間的定量關系還需深入研究。
  4、橫向壓縮
    橫向受壓時復合材料的破壞通常是由于基體的剪切破壞,同時可能伴隨著界面脫粘和纖維破碎。破壞面與載荷方向成一夾角ф=30°~40°。氣泡、裂紋等缺陷對應力集中的敏感性要比受拉時小得多。所以復合材料的橫向壓縮強度大于基體的壓縮強度。但小于縱向壓縮強度,這是因為主要是基體被剪壞和界面脫粘,而纖維被剪壞的比例很小。復合材料橫向壓縮強度隨Vf的增加而增大。模量比EfT/Em減小,則應力集中小,橫向壓縮強度大。
  5、層間剪切
    主要取決于基體和界面的性能。環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家表示,復合材料層間剪切破壞是由于基體剪切破壞和界面脫粘引起的。所以復合材料層間剪切強度不會超過基體的剪切強度,并隨基體脆性和孔隙率的增加而降低。通過以上粗略的細觀分析可以大致定性地了解各組成材料對復合材料力學性能的影響,即影響復合材料力學性能的材料因素。而其定量的關系還不很清楚,有待于深入研究。
  復合材料對組成材料的性能要求歸納如下:
    (1)縱向拉伸性能
    1)纖維的強度和模量要大(主要因素)。
    2)基體的延伸率和韌性要大。
    3)界面強度高,但不應過高。
    4)纖維體積含量Vf高,但不應超過70%。
    5)孔隙等缺陷少。

    (2)橫向拉伸性能
    1)基體的強度、模量、延伸率及韌性高(主要因素)。
    2)界面強度高。
    3)纖維排列的平直度及規整程度好。
    4)孔隙及缺陷少。

    (3)縱向壓縮性能
    1)基體的強度和模量大(主要因素)。
    2)界面強度高,但不應太高。
    3)纖維彎曲少。

    (4)橫向壓縮性能
    1)基體強度、模量及斷裂韌性大(主要因素)。
    2)界面強度高。

    (5)層剪性能
    1)基體強度、模量、延伸率及韌性大,孔隙率小(主要因素)。
    2)界面強度高。