高性能环氧树脂复合材料(二)功能2

3、纵向压缩
    基体的性能对复合材料的纵向压缩性能有较大的影响。复合材料纵向压缩破坏形式很多，如纤维失稳、基体屈服、界面脱粘、基体开裂、纤维压断、45°剪切破坏等现象，并能互相引发、扩展，最后导致破坏。不少学者依据这些现象提出了各自的纵向压缩破坏模式和理论公式。但理论值与实测值都有一定差距。纵向压缩破坏机理不很清楚。大体上讲，实际的宏观破坏形式主要有三种，即复合材料形成弯折带而破坏、沿纵向劈裂(分层)破坏和与载荷成45°角方向剪切破坏。弯折带的形成是由于纤维受压失稳、基体受压失稳或屈服、或基体太软，模量太小，不能给纤维足够的支持所致。
    分层破坏的原因主要是基体强度太低，界面粘结力小，孔隙率含量大，或在复合材料制备时就形成纤维弯曲(如纤维本身的弯曲和编织造成的弯曲，铺层时的偏差等)受纵向压缩时会在基体中产生横向拉应力，易造成基体沿纵向开裂及界面脱胶。中国环氧树脂行业协会专家说，45°剪切破坏是典型的脆性破坏模式，发生在基体、纤维及界面的强度都很大，而延伸率较小的情况下。复合材料纵向压缩破坏的模式随组成材料的性能、形态和相互组合的不同而异，没有统一的破坏模式。它们之间的定量关系还需深入研究。
    4、横向压缩
    横向受压时复合材料的破坏通常是由于基体的剪切破坏，同时可能伴随着界面脱粘和纤维破碎。破坏面与载荷方向成一夹角ф=30°～40°。气泡、裂纹等缺陷对应力集中的敏感性要比受拉时小得多。所以复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度。但小于纵向压缩强度，这是因为主要是基体被剪坏和界面脱粘，而纤维被剪坏的比例很小。复合材料横向压缩强度随Vf的增加而增大。模量比EfT/Em减小，则应力集中小，横向压缩强度大。
    5、层间剪切
    主要取决于基体和界面的性能。中国环氧树脂行业协会专家表示，复合材料层间剪切破坏是由于基体剪切破坏和界面脱粘引起的。所以复合材料层间剪切强度不会超过基体的剪切强度，并随基体脆性和孔隙率的增加而降低。通过以上粗略的细观分析可以大致定性地了解各组成材料对复合材料力学性能的影响，即影响复合材料力学性能的材料因素。而其定量的关系还不很清楚，有待于深入研究。
    复合材料对组成材料的性能要求归纳如下：
    (1)纵向拉伸性能
    1)纤维的强度和模量要大(主要因素)。
    2)基体的延伸率和韧性要大。
    3)界面强度高，但不应过高。
    4)纤维体积含量Vf高，但不应超过70%。
    5)孔隙等缺陷少。
    (2)横向拉伸性能
    1)基体的强度、模量、延伸率及韧性高(主要因素)。
    2)界面强度高。
    3)纤维排列的平直度及规整程度好。
    4)孔隙及缺陷少。
    (3)纵向压缩性能
    1)基体的强度和模量大(主要因素)。
    2)界面强度高，但不应太高。
    3)纤维弯曲少。
    (4)横向压缩性能
    1)基体强度、模量及断裂韧性大(主要因素)。
    2)界面强度高。
    (5)层剪性能
    1)基体强度、模量、延伸率及韧性大，孔隙率小(主要因素)。
    2)界面强度高。