玻璃纤维多轴向经编织物增强复合材料弯曲性能的研究

　　纤维增强复合材料是20世纪材料科学领域迅速发展的一类新材料，由于具有优异的综合性能近些年来得到了广泛的应用。纤维增强复合材料主要由纤维增强材料和基体材料组成。作为复合材料中的增强材料，近几年来也从早期的长丝铺设发展到采用各种织物，使复合材料的加工更连续化、自动化，并且提高了复合材料的力学性能，降低了成本，为复合材料最终用于量大面广的民用领域打下了坚实的基础。玻璃纤维多轴向经编织物增强复合材料就是在这大好的发展形式下应运而生的一种新型复合材料。目前，对于玻璃纤维多轴向经编织物与环氧树脂复合材料的实验和理论研究已经有很多。但是有关这种针织物与另外两种常用树脂乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂复合的材料的研究目前仍是空白。这后两种树脂的性能特点与环氧树脂不同，多轴向经编织物又是具有不同取向的织物，这样，玻璃纤维多轴向经编织物与这两种树脂复合的材料性能与玻璃纤维多轴向经编织物与环氧树脂复合的材料不同。本文对三种树脂玻璃纤维多轴向经编织物增强复合材料的弯曲性能展开研究，在型号为CMT024的微机控制的电子万能试验机上测试这三种复合材料的三点弯曲全载荷—挠度曲线，通过对这些曲线的分析揭示并研究不同树脂基体和不同织物取向对玻璃纤维多轴向经编织物增强复合材料弯曲性能的影响。
　　1　实验方法
　　1.1　原材料
　　本实验所采用的玻璃纤维多轴向经编织物是由常州宏发土工复合材料有限公司提供的，在Liba公司的copcentra-Multi-axial型多轴向经编机上编织，织物的具体参数如表1所示；树脂选用了江苏亚邦涂料股份有限公司生产的191不饱和聚酯树脂，上海树脂厂生产的E-51(618)环氧树脂，以及上海富晨化工有限公司生产的FUCHEN891乙烯基酯树脂，树脂基体的配方参数如表2所示。

 

1.2　试件的制备
　　采用手糊成型工艺，基本工具有：成型模具、塑料薄膜、刮刀、标准厚度垫片(5 mm)、天平、180 mm×180 mm大小的玻璃纤维多轴向经编织物，织物为5层，厚度3 mm左右；把按配比混合好的树脂均匀地涂在织物上，充分浸润织物，用刮刀往复刮涂，除去残留气泡和多余树脂，在进行10 min的真空脱泡处理后，放入模具中(用5 mm的标准垫片控制)，常温固化24 h，然后再置入80℃的烘箱放2 h，由此制得复合材料的的半成品，纤维体积含量基本控制在60％左右。然后沿同一方向按照GB 1449-8截取试样，不规则的边缘用电锯切除并用砂轮打磨光滑。
1.3　性能的测试
　　参照玻璃纤维增强塑料弯曲性能实验方法(GB 1448-83)，即采用三点加载简支梁法来加工试样和进行材料的弯曲性能测试。实验仪器为三思CMT 5204微机控制电子万能试验机，弯曲加载速度为2 mm/min。本次实验中复合材料试样的宽度b为15 mm，厚度为h，长度L大于20h。实验加载方式见图1，跨厚比l／h为16。

2　实验结果及分析

2.1　不同树脂基体玻璃纤维多轴向经编织物增强复合材料弯曲性能曲线研究
　　在CMT5204微机控制的电子万能试验机上测得的玻璃纤维织物不同种树脂复合材料试样三点弯曲全载荷—挠度曲线由图2所示。

从图2中我们可以看到，随着复合材料所承受的弯曲应力的增大，材料的弯曲应变也逐渐增大，最后当材料发生弯曲破坏时，它所承受的弯曲应力迅速减小。同时，我们还可以看到，曲线上有些位置，试样的弯曲应力有微弱的波动，尤其是环氧树脂为基体的复合材料，这种现象尤其明显。
　　造成这种现象的原因是由于材料表面的树脂在弯曲应力作用下产生裂痕而引起的；也有的是因为材料局部位置出现了织物和树脂的层间脱离而引起的。从图2中我们可以看到以乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂为基体的复合材料试样的弯曲曲线要比环氧树脂为基体的复合材料试样的弯曲曲线要光滑些，这说明，玻璃纤维织物／环氧树脂复合材料相对于其他两种树脂基体复合材料来说其表面树脂更容易产生裂痕，纤维织物和树脂之间的界面粘结强力也较弱。
2.2　不同树脂玻璃纤维多轴向经编织物复合材料沿不同取向的弯曲性能曲线研究