基本介紹
簡介,樹脂基複合材料的剛度,樹脂基複合材料的強度,套用,
簡介
纖維增強樹脂基複合材料常用的樹脂為環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。常用的有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻後又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發生固化，形成不熔和不溶解的網狀交聯型高分子化合物，因此不能再生。複合材料的樹脂基體，以熱固性樹脂為主。早在40年代，在戰鬥機、轟炸機上就開始採用玻璃纖維增強塑膠作雷達罩。60年代美國在F—4、F—111等軍用飛機上採用了硼纖維增強環氧樹脂作方向舵、水平安定面、機翼後緣、舵門等。在飛彈製造方面，50年代後期美國中程潛地飛彈“北極星A—2”第二級固體火箭發動機殼體上就採用了玻璃纖維增強環氧樹脂的纏繞製件，較鋼質殼體輕27%；後來採用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造“北極星A—3”，使殼體重量較鋼製殼體輕50%，從而使“北極星A—3”飛彈的射程由2700千米增加到4500千米。70年代後採用芳香聚醯胺纖維代替玻璃纖維增強環氧樹脂，強度又大幅度提高，而重量減輕。碳纖維增強環氧樹脂複合材料在飛機、飛彈、衛星等結構上得到越來越廣泛的套用。
樹脂基複合材料的剛度
樹脂基複合材料的剛度特性由組分材料的性質、增強材料的取向和所占的體積分數決定。樹脂基複合材料的力學研究表明，對於巨觀均勻的樹脂基複合材料，彈性特性複合是一種混合效應，表現為各種形式的混合律，它是組分材料剛性在某種意義上的平均，界面缺陷對它作用不是明顯。
由於製造工藝、隨機因素的影響，在實際複合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續性，殘餘應力、空隙、裂紋、界面結合不完善等都會影響到材料的彈性性能。此外，纖維（粒子）的外形、規整性、分布均勻性也會影響材料的彈性性能。但總體而言，樹脂基複合材料的剛度是相材料穩定的巨觀反映。
對於樹脂基複合材料的層合結構，基於單層的不同材質和性能及鋪層的方向可出現耦合變形，使得剛度分析變得複雜。另一方面，也可以通過對單層的彈性常數（包括彈性模量和泊松比）進行設計，進而選擇鋪層方向、層數及順序對層合結構的剛度進行設計，以適應不同場合的套用要求。
樹脂基複合材料的強度
材料的強度首先和破壞聯繫在一起。樹脂基複合材料的破壞是一個動態的過程，且破壞模式複雜。各組分性能對破壞的作用機理、各種缺陷對強度的影響，均有街於具體深入研究。
樹脂基複合材強度的複合是一種協同效應，從組分材料的性能和樹脂基複合材料本身的細觀結構導出其強度性質。對於最簡單的情形，即單向樹脂基複合材料的強度和破壞的細觀力學研究，還不夠成熟。
單向樹脂基複合材料的軸向拉、壓強度不等，軸向壓縮問題比拉伸問題複雜。其破壞機理也與拉伸不同，它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲。實驗得知：單向樹脂基複合材料在軸向壓縮下，碳纖維是剪下破壞的；凱芙拉（Kevlar）纖維的破壞模式是扭結；玻璃纖維一般是彎曲破壞。
單向樹脂基複合材料的橫向拉伸強度和壓縮強度也不同。實驗表明，橫向壓縮強度是橫向拉伸強度的4～7倍。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞，也可能伴隨有纖維橫向拉裂；橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致，大體沿45°斜面剪壞，有時伴隨界面破壞和纖維壓碎。單向樹脂基複合材料的面內剪下破壞是由基體和界面剪下所致，這些強度數值的估算都需依靠實驗。
雜亂短纖維增強樹脂基複合材料儘管不具備單向樹脂基複合材料軸向上的高強度，但在橫向拉、壓性能方面要比單向樹脂基複合材料好得多，在破壞機理方面具有自己的特點：編織纖維增強樹脂基複合材料在力學處理上可近似看作兩層的層合材料，但在疲勞、損傷、破壞的微觀機理上要更加複雜。
樹脂基複合材料強度性質的協同效應還表現在層合材料的層合效應及混雜複合材料的混雜效應上。在層合結構中，單層表現出來的潛在強度與單獨受力的強度不同，如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強度是其單層單獨實驗所得橫向拉伸強度的2～3倍；面內剪下強度也是如此，這一現象稱為層合效應。
樹脂基複合材料強度問題的複雜性來自可能的各向異性和不規則的分布，諸如通常的環境效應，也來自上面提及的不同的破壞模式，而且同一材料在不同的條件和不同的環境下，斷裂有可能按不同的方式進行。這些包括基體和纖維（粒子）的結構的變化，例如由於局部的薄弱點、空穴、應力集中引起的效應。除此之外，界面粘結的性質和強弱、堆積的密集性、纖維的搭接、纖維末端的應力集中、裂縫增長的干擾以及塑性與彈性回響的差別等都有一定的影響。
套用
氯鹼工業是玻璃鋼作為耐腐材料最早的套用領域之一，目前玻璃鋼已成為氯鹼工業的主要材料。玻璃鋼已用於各種管道系統、氣體鼓風機、熱交換器外殼、鹽水箱以至於泵、池、地坪、牆板、格柵、把手、欄桿等建築結構上。同時，玻璃鋼也開始進入化工行業的各個領域。在造紙工業中的套用也在發展，造紙工業以木材為原料，造紙過程中需要酸、鹽、漂白劑等，對金屬有極強的腐蝕作用，唯有玻璃鋼材料能抵抗這類惡劣環境，玻璃鋼材料已、在一些國家的紙漿生產中顯現其優異的耐蝕性。
