复合材料界面剪切强度试验方法评定

 

       复合材料界面剪切强度的试验方法主要有纤维拔出、纤维压入、纤维段裂和微珠脱粘等四种，但由这四种试验得到的界面剪切强度存在很大的分散性。虽然对试验技术进行了许多改进，分散性仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以双材料轴对称界面端应力奇异性分析为基础，并给出了奇异性指数随Dundurs常数的变化情况，求出四种试件界面端的奇异性指数。由此看出：相同的纤维和基体制作的四种试件，其界面端应力场的奇异性指数是各不相同的。从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的原因，在于试件界面端处的应力奇异性。

       复合材料的界面剪切强度(IFSS)直接影响到复合材料的强度和韧性，界面剪切强度的研究和测定也成为复合材料界面研究中的一个重点。

      这四种试验方法都是让单纤维界面承受剪力，根据界面脱粘荷载计算得出界面剪切强度。其差别在于所用试件的外形和加载方式（见图1）。原以为：只要纤维，基体和界面相同，这四种方法应能给出相同的界面剪切强度。然而情况并非如此。

1  界面剪切强度的试验研究

    1993年，国际上12个实验室组织了一次Round Robin Program [5]，意欲通过试验来评估这四种试验方法的优劣，但从图2显示的一组数据结果可知，不能用这些试验结果来判定哪种试验方法更可靠。

      表1和表2给出了文献[5]的试验数据。从表1可见：每一种试验方法在各自的实验室测得的IFSS结果分散性不超过37%。从表2可见：每一试验方法在不同试验室之问测得的IFSS结果分散性不  图2试验测得的未经表面处理的碳纤维／环氧树脂复合材料的界面剪切强度超过2g%。但不同试验方法测得的IFSS的最大值（纤维拔出试验）和最小值（纤维段裂试验）之比竞高达270%。

       为找出造成试验方法间如此之大的偏差的原因，建立了如图3所示的轴对称界面端模型；从弹性力学轴对称基本方程出发，采用渐近展开法，得到了任意楔形角界面端的特征方程；根据四种试验所用试件的楔形角，得到了相应的的特征方程，并得出了界面端应力奇异性指数与Dundurs常数的曲线图。根据文献[5]给出的纤维／基体的性能数据，计算出四种试件的界面端应力奇异性指数，发现文献[5]中四种试验所用的试件。

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