树脂基复合材料界面结合的研究Ⅰ界面分析及界面剪切强度的研究方法.pdfVIP

维普资讯 12 树脂基复合材料界面结合的研究 2004年9月 树脂基复合材料界面结合的研究 I： 界面分析及界面剪切强度的研究方法 郑安呐，胡福增 (华东理工大学材料科学与工程学院，上海 200237) 摘要： 本文分析了树脂基复合材料受力状况下对界面结合的要求，着重介绍了微量冲击和临界纤维断裂长度分析两种 检测树脂基复合材料界面剪切强度的方法及其研究成果。通过对单丝纤维断点周围基体树脂形态的分析，提出了一种判断优 化界面的方法。 关键词：树脂基复合材料；界面剪切强度；临界纤维断裂长度；优化界面 中图分类号：TB-18；TQ31；033；V45 文献标识码：A 文章编号：1003—0999(2004)05—0012—05 复合材料之所以具有极为优异的性能，是因为 如 1，2，3，4所示。复合材料的截面积为 S，单根纤 它综合了增强材料和基体各 自的优点，但这又必须 维的截面积为 s，，树脂基体的截面积为 s 。当外 建立在两者可以通过界面剪切方式传递载荷的基础 力F施加于复合材料时，其承受的拉伸应力 为： 之上，因此界面剪切强度在很大程度决定了复合材 = F／S。 (1) 料的性能。有关界面结合的研究几乎是伴随着复合 假定属于小应变，并符合虎克定理，且两者结合 材料的发展而发展的，当然树脂基复合材料也不可 界面没有相对滑移，从而有相同的应变 ￡，因此 能例外。本文结合笔者在复合材料界面领域从事的 crc： f+ m=Es。￡+Em·￡ (2) 研究，对树脂基复合材料界面提出自己一些看法，不 式中 和 ，分别为树脂基体与纤维所承担应 当之处，还望指正。 力。可以看到由于Er》E ，所 以 f》 。也即纤 1 树脂基复合材料形成优化界面的 维承担了主要的外部载荷，这也就是纤维增强复合 分析 材料的基本原理。 如果纤维与树脂基体在界面上没有任何相互作 广义而言，树脂基复合材料是指以高分子树脂 用，由图1可以看到，由于纤维是分散相，树脂基体 为基体，以无机粉体或纤维来增强的复合材料。由 是连续相，在外力 F的作用下树脂基体无法将外力 于无机粉体对树脂的增强效果不大，往往又是以降 通过界面剪切应力(r )传递给纤维，纤维不会产生 低成本为主要 目的，因此树脂基复合材料通常狭义 任何应变。在式(2)中可以看到，右边第一项 E，·￡ 地指纤维增强的复合材料，本文的讨论将限于此范 为零，此时整个复合材料承受的应力 完全只由树 围之内。 脂基体所承受的应力 =E ·￡来替代。此时树脂 基体承受的应力为： =F／S =r／(S。一n·Sz) (3) 由于在复合