這位專家表示:縱向拉伸指標情況較為簡明,環(huán)氧樹脂澆注體及纖維的力學性能、環(huán)氧樹脂澆注體和纖維的力學性能、環(huán)氧樹脂澆注體的應(yīng)力—應(yīng)變曲線、單向復(fù)合材料縱向受力情況都有數(shù)學模型可供借鑒。橫向拉伸情況比較復(fù)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,只能從定性的方面結(jié)合實際情況作一些分析。復(fù)合材料的橫向拉伸不僅與基體、界面及纖維的性能有關(guān),而且受纖維排列的平直及規(guī)整程度、界面粘結(jié)強度,孔隙率等工藝因素的影響很大,高模量的纖維起著限制基體變形的作用。這導(dǎo)致復(fù)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(guān)。
復(fù)合材料的橫向拉伸強度則與其破壞模式有密切關(guān)系,中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家說,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。大的基體往往是脆性基體應(yīng)力集中增大,結(jié)果使低于基體強度,而延性大的基體雖然應(yīng)力集中小,可是其本身強度較低,雖然使復(fù)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(fù)合材料的橫向拉伸強度,基體韌性的增加還提高了抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力,這對提高強度是有利的。
關(guān)于縱向壓縮,據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹:基體的性能對復(fù)合材料的縱向壓縮性能有較大的影響,復(fù)合材料縱向壓縮破壞形式很多,如纖維失穩(wěn)、基體屈服、界面脫粘、基體開裂、纖維壓斷、45°剪切破壞等現(xiàn)象,并能互相引發(fā)、擴展,最后導(dǎo)致破壞。不少學者依據(jù)這些現(xiàn)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。實際的宏觀破壞形式主要有3種,即復(fù)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(wěn)、基體受壓失穩(wěn)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(jié)力小、孔隙率含量大,或在復(fù)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(chǎn)生橫向拉應(yīng)力,易造成基體沿縱向開裂及界面脫膠。
橫向壓縮情況相對也簡單些。橫向受壓時復(fù)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(yīng)力集中的敏感性要比受拉時小得多。所以復(fù)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。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家認為,復(fù)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(yīng)力集中小,橫向壓縮強度大。
還有層間剪切的指標。主要取決于基體和界面的性能,復(fù)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(fù)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(fù)合材料力學性能的影響,即影響復(fù)合材料力學性能的材料因素。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家對復(fù)合材料對組成材料的性能要求歸納如下:縱向拉伸性能,包括纖維的強度和模量要大、基體的延伸率和韌性要大、界面強度高但不應(yīng)過高、纖維體積含量Vf高但不應(yīng)超過70%、孔隙等缺陷少;橫向拉伸性能,包括基體的強度模量延伸率及韌性高、界面強度高、纖維排列的平直度及規(guī)整程度好、孔隙及缺陷少;縱向壓縮性能,包括基體的強度和模量大、界面強度高但不應(yīng)太高、纖維彎曲少;橫向壓縮性能,包括基體強度模量及斷裂韌性大、界面強度高;層剪性能,包括基體強度、模量、延伸率及韌性大、孔隙率小、界面強度高。
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