环氧树脂复合材料的界面剪切强度.pdfVIP

内蒙古工业大学学报 JOURNAL0FINNERM0NG0LIA 第 33卷 第 3期 UNIVERSITY OFTECHN0L0GY Vol_33No．32014 文章编号 ：1001—5167(2014)03--0005—06 基于单纤维压 出实验分析硼纤维 ／环氧树脂 复合材料的界面剪切强度 张晓燕 ，郎风超 ，邢永明 ，周承恩 ，侯晓虎 ，姜爱峰 (I．内蒙古工业大学理学院；2．内蒙古工业大学测试中心，呼和浩特 010051) 摘要：界面剪切强度是复合材料设计的重要指标，如何通过试验方法测定复合材料的界面性能是 复合材料研究的一个重要领域。本文以硼纤维／环氧树脂叠层板 (0／90)复合材料为载体，利用 s 一 3400扫描 电镜 (SEM)与 Gatan公司的拉伸台Microtest2O00组合 ，且在电镜上安装 了 自行设计 制作的单纤维压头，测定界面的剪切强度。得知：在室温负荷作用下硼纤维呈阶梯式脱粘，当压出 硼纤维长度为总压出长度约一半时，界面剪切强度达到最大值 ，并估算出界面的剪切模量 ，为进一 步有限元法模拟研究复合材料的界面的力学行为提供依据。 关键词 ：叠层板复合材料 ；单纤维压入实验 ；界面剪切强度 ；界面剪切模量 中图分类号 ：TB332 文献标识码 ：A 0 引言 树脂基复合材料综合 了增强材料和基体各 自的优点，使其具有优异 的力学性能，而连接增强材料和 基体材料之间的纽带——界面相 ，尽管尺度很小，且它是增强材料发挥效能的作用 区，其界面剪切强度 直接影响到复合材料的强度和韧性 ，因此，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。 实验手段的发展由科学技术的发展水平所决定 ，由于难以①建立统一 的相对较精确有效 的界面载 荷传递模型；②确立统一的实验规范和标准口]。造成采用不同的实验方法，实验结果无法相 比较，同一 实验方法不同研究者的结果也无法比较 。目前，界面剪切强度的细观实验方法主要有单纤维拔 出实验 ， 微珠脱粘实验，单纤维埋入法实验和单纤维压出法实验。 首先 由 outman[2I。]提出单纤维拔 出实验 ，测定纤维从基体中拔 出的载荷 ，测 出埋入纤维的长度和 纤维直径 ，计算出界面强度 ；之后 ，Miller[2’。]等提出微珠脱粘实验 ，测 出纤维拔出载荷 ，再通过粘结长度 或者粘结面积估算出界面强度 ；Kelly—Tyson[州又提出纤维埋人法实验 ，将纤维埋置基体 内，在纤维施 加轴向拉力，测 出纤维断裂的临界长度来确定界面强度。其 中，纤维埋人法实验是近些年来用于表征纤 维和树脂基体之间界面剪切强度应用最为广泛的、最主要的测试方法 。 如 shao—YunFuc等针对单一和多纤维拔出试验 ，建立两层和三层圆柱体力学模型，理论分析应 力传递机理，得出相邻的纤维对应力传递产生重要的作用；俞学中 等纤维拔出时Coulomb摩擦界面应 力传递模型，获得了纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式 ，对影响界面应力传递的主要 因素作参数化 的数值计算 ；文思维 6【等采用单纤维拔出实验 ，分析了单根硼纤维拔出界面破坏过程以及测试 了四种不 同的硼纤维 ／环氧复合材料的界面剪切强度 ；李旭东[7等对陶瓷基复合材料界面结合强度影响断 弱．器 的进行有限元研究，其有限元模型既用弹簧单元考虑 了基体与纤维之间的分离 ，又用接触单元考虑丁基 体与纤维之间的摩擦 ，较真实地模拟 了纤维增强复合材料 的断裂过程 。预测了基体与纤维之问的界酉 结合强度对整个复合材料断裂模式的影响，得 出对于纤维增强复合材料 ，不论是强基体还是弱基体，适 中的界面结合强度有助于提高其韧性及整体抗拉强度 ；彭细荣 等通过数值模拟的方法 ，在忽略温度残 收稿 日期 ：2014～05—10 作者简介：张晓燕 (1962一)，女，呼和浩特人，副教授 ，硕导，主要从事复合材料微观力学分析。 *通讯作者 ：邢永明 (1959一)，男 ，呼和浩特人 ，教授 ，博士 ，博导 ，主要从事细观实验力学 、复合材料力学研 究。 基金项 目：国家 自然科学基金项 目(