高强玻纤增强环氧树脂复合材料试验研究

河南工业大学材料学院 魏凤春

河南西华县第二职业中专 陈永杰

高强玻纤增强环氧树脂复合材料试验研究

河南工业大学材料学院 魏凤春

河南西华县第二职业中专 陈永杰

玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻，具有减震性、抗疲劳性、耐化学品腐蚀性等优点，是目前研究比较成熟、应用最广的一种复合材料。本文，笔者以环氧树脂为基体，高强玻璃纤维为增强相，通过手糊成型工艺制备而成具有优良力学性能的复合材料板，研究复合材料的力学性能。

一、实验部分

1.主要原料。主要原料为环氧树脂E-44、高强玻璃纤维、乙二胺和丙酮。

2.环氧胶液的配制。在预先称量好的环氧树脂E-44中加入适量的溶剂、固化剂、促进剂和其他添加剂，在85℃下搅拌1h，即得到所需的环氧胶料液。

3.复合材料板的制备工艺。采用传统的手糊成型工艺方法制备复合材料板，工艺流程如图1所示。

二、结果与讨论

1.铺设顺序和层数。树脂胶液和玻璃纤维布的铺设顺序相同，但是不同的铺设层数对复合材料的弯曲模量和强度有一定的影响。从所取试样1和试样3的拉伸应力应变图（图2）看出，所制备复合材料的强度和铺设层数不成正比，当铺设层数达到一定厚度时，复合材料的强度会随着所铺设层数的增加而降低，所以要想得到高强度的复合材料，必须对其厚度进行控制。从试样4和试样5的拉伸应力应变图同样可以看出，所制备复合材料的强度和模量随纤维布层数的增加而不断提高，但当纤维布层数达到一定值时复合材料的强度和模量均不再明显增加，反而略微有些降低，由于随着增强材料的增加势必减少树脂基体所占的比例，这样容易造成树脂不能很好地浸润纤维，从而充分地分散在纤维丝束间，很难实现拉伸应力传递，造成纤维与树脂的剥离，从而降低材料的整体力学性能。

2.冲击强度。根据国家统一标准（GB/T 2570-1995）进行冲击试验，所得结果如表1所示。

实验数据表明，高强玻璃纤维增强复合材料的冲击强度随着复合材料试样断口面积的增加而明显增加，表明玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的脆性增大。这是由于玻璃纤维具有脆性大，柔软性差，不耐冲击的特点。玻璃纤维在复合材料中以增强体存在，承受外来应力，它的特性通常就会表现为材料的特性。因此，随着玻璃纤维断口面积的增加，玻璃纤维增强复合材料的脆性增大，表现为材料的韧性变差。

表 1 试样冲击能和冲击强度

三、结论

采用手糊成型工艺制备高强玻纤增强环氧树脂复合材料，其力学性能与铺层顺序和铺层数有很大关系，实验结果如下。

1.相同条件下，纤维布的铺设顺序和层数对复合材料的弯曲性能有一定影响，玻纤布的铺设顺序在一定程度上使得复合材料在室温下的力学性能得到了显著改变。

2.高强玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的冲击强度随着复合材料试样断口面积的增加而明显增加。