河南工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院 魏鳳春

河南西華縣第二職業(yè)中專 陳永杰

高強(qiáng)玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料試驗(yàn)研究

河南工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院 魏鳳春

河南西華縣第二職業(yè)中專 陳永杰

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，具有減震性、抗疲勞性、耐化學(xué)品腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究比較成熟、應(yīng)用最廣的一種復(fù)合材料。本文，筆者以環(huán)氧樹脂為基體，高強(qiáng)玻璃纖維為增強(qiáng)相，通過手糊成型工藝制備而成具有優(yōu)良力學(xué)性能的復(fù)合材料板，研究復(fù)合材料的力學(xué)性能。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.主要原料。主要原料為環(huán)氧樹脂E-44、高強(qiáng)玻璃纖維、乙二胺和丙酮。

2.環(huán)氧膠液的配制。在預(yù)先稱量好的環(huán)氧樹脂E-44中加入適量的溶劑、固化劑、促進(jìn)劑和其他添加劑，在85℃下攪拌1h，即得到所需的環(huán)氧膠料液。

3.復(fù)合材料板的制備工藝。采用傳統(tǒng)的手糊成型工藝方法制備復(fù)合材料板，工藝流程如圖1所示。

二、結(jié)果與討論

1.鋪設(shè)順序和層數(shù)。樹脂膠液和玻璃纖維布的鋪設(shè)順序相同，但是不同的鋪設(shè)層數(shù)對(duì)復(fù)合材料的彎曲模量和強(qiáng)度有一定的影響。從所取試樣1和試樣3的拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖（圖2）看出，所制備復(fù)合材料的強(qiáng)度和鋪設(shè)層數(shù)不成正比，當(dāng)鋪設(shè)層數(shù)達(dá)到一定厚度時(shí)，復(fù)合材料的強(qiáng)度會(huì)隨著所鋪設(shè)層數(shù)的增加而降低，所以要想得到高強(qiáng)度的復(fù)合材料，必須對(duì)其厚度進(jìn)行控制。從試樣4和試樣5的拉伸應(yīng)力應(yīng)變圖同樣可以看出，所制備復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量隨纖維布層數(shù)的增加而不斷提高，但當(dāng)纖維布層數(shù)達(dá)到一定值時(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量均不再明顯增加，反而略微有些降低，由于隨著增強(qiáng)材料的增加勢(shì)必減少樹脂基體所占的比例，這樣容易造成樹脂不能很好地浸潤(rùn)纖維，從而充分地分散在纖維絲束間，很難實(shí)現(xiàn)拉伸應(yīng)力傳遞，造成纖維與樹脂的剝離，從而降低材料的整體力學(xué)性能。

2.沖擊強(qiáng)度。根據(jù)國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 2570-1995）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，所得結(jié)果如表1所示。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高強(qiáng)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨著復(fù)合材料試樣斷口面積的增加而明顯增加，表明玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的脆性增大。這是由于玻璃纖維具有脆性大，柔軟性差，不耐沖擊的特點(diǎn)。玻璃纖維在復(fù)合材料中以增強(qiáng)體存在，承受外來應(yīng)力，它的特性通常就會(huì)表現(xiàn)為材料的特性。因此，隨著玻璃纖維斷口面積的增加，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的脆性增大，表現(xiàn)為材料的韌性變差。

表 1 試樣沖擊能和沖擊強(qiáng)度

三、結(jié)論

采用手糊成型工藝制備高強(qiáng)玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其力學(xué)性能與鋪層順序和鋪層數(shù)有很大關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

1.相同條件下，纖維布的鋪設(shè)順序和層數(shù)對(duì)復(fù)合材料的彎曲性能有一定影響，玻纖布的鋪設(shè)順序在一定程度上使得復(fù)合材料在室溫下的力學(xué)性能得到了顯著改變。

2.高強(qiáng)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨著復(fù)合材料試樣斷口面積的增加而明顯增加。