高強玻纖增強環氧樹脂復合材料試驗研究

河南工業大學材料學院 魏鳳春

河南西華縣第二職業中專 陳永杰

高強玻纖增強環氧樹脂復合材料試驗研究

河南工業大學材料學院 魏鳳春

河南西華縣第二職業中專 陳永杰

玻璃纖維增強復合材料強度高、質量輕，具有減震性、抗疲勞性、耐化學品腐蝕性等優點，是目前研究比較成熟、應用最廣的一種復合材料。本文，筆者以環氧樹脂為基體，高強玻璃纖維為增強相，通過手糊成型工藝制備而成具有優良力學性能的復合材料板，研究復合材料的力學性能。

一、實驗部分

1.主要原料。主要原料為環氧樹脂E-44、高強玻璃纖維、乙二胺和丙酮。

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

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

二、結果與討論

1.鋪設順序和層數。樹脂膠液和玻璃纖維布的鋪設順序相同，但是不同的鋪設層數對復合材料的彎曲模量和強度有一定的影響。從所取試樣1和試樣3的拉伸應力應變圖（圖2）看出，所制備復合材料的強度和鋪設層數不成正比，當鋪設層數達到一定厚度時，復合材料的強度會隨著所鋪設層數的增加而降低，所以要想得到高強度的復合材料，必須對其厚度進行控制。從試樣4和試樣5的拉伸應力應變圖同樣可以看出，所制備復合材料的強度和模量隨纖維布層數的增加而不斷提高，但當纖維布層數達到一定值時復合材料的強度和模量均不再明顯增加，反而略微有些降低，由于隨著增強材料的增加勢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纖維，從而充分地分散在纖維絲束間，很難實現拉伸應力傳遞，造成纖維與樹脂的剝離，從而降低材料的整體力學性能。

2.沖擊強度。根據國家統一標準（GB/T 2570-1995）進行沖擊試驗，所得結果如表1所示。

實驗數據表明，高強玻璃纖維增強復合材料的沖擊強度隨著復合材料試樣斷口面積的增加而明顯增加，表明玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的脆性增大。這是由于玻璃纖維具有脆性大，柔軟性差，不耐沖擊的特點。玻璃纖維在復合材料中以增強體存在，承受外來應力，它的特性通常就會表現為材料的特性。因此，隨著玻璃纖維斷口面積的增加，玻璃纖維增強復合材料的脆性增大，表現為材料的韌性變差。

表 1 試樣沖擊能和沖擊強度

三、結論

采用手糊成型工藝制備高強玻纖增強環氧樹脂復合材料，其力學性能與鋪層順序和鋪層數有很大關系，實驗結果如下。

1.相同條件下，纖維布的鋪設順序和層數對復合材料的彎曲性能有一定影響，玻纖布的鋪設順序在一定程度上使得復合材料在室溫下的力學性能得到了顯著改變。

2.高強玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的沖擊強度隨著復合材料試樣斷口面積的增加而明顯增加。