玻璃纤维布及碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料性能研究

周志宏　吴娜

摘要：纤维增强复合材料简称FRP，这种材料中有较大的强度和较良好的耐久性，这是其他材料都无法比拟的。碳纤维增强环氧树脂复合材料相比其他材料具有较好的耐高温、耐腐蚀、质量轻等特点。文章对玻璃纤维布及碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料性能进行了研究。

关键词：玻璃纤维布；碳纤维布；复合材料；力学性能；纤维复合材料 文献标识码：A

中图分类号：TQ050 文章编号：1009-2374（2017）10-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.019

纤维复合材料，简称FRP，因其较大的强度和较良好的耐久性，获得了材料学界的广泛关注，其中碳纤维增强环氧树脂复合材料具有其他材料都没有的良好的耐高温和耐腐蚀性，作为玻璃钢一大分支的玻璃纤维增强环氧树脂复合纤维，比重小，比强度高是它的一大优点，良好的耐化学性使它的可使用范围更加广泛。另外，碳纤维增强环氧树脂复合纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合纤维都具有质量轻和力学性能优良的特点，在当下材料短缺的现状下，如果能将这些材料应用于各行各业中，将会降低部分产品的高成本，解决原料短缺的问题，促进材料学以及社会经济的一大发展。

1 碳纤维增强环氧树脂复合材料

1.1 碳纤维的发展历程

碳纤维作为一种无机高分子化学材料，主要组成元素是碳元素，碳纤维是一种纤维状碳化合物，是在惰性气氛和高温条件下有机纤维碳化而形成的，有纤维、布料等多种形式，也有多种分类，按照其力学性能的不同，可以分为高强度、超高强度等，根据其元素的不同可分为纤维素基、酚醛基和沥青基等，碳纤维主要是在复合材料中充当增强材料，根据不同的基体材料以及复合方式可以达到不同的效果。碳纤维复合材料具有较好的耐高温性和耐疲劳性。很久以前，就有很多科学家从碳纤维入手，成功制备了力学性能较好的黏胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维，后来，碳纤维的应用范围不断扩大，在运动领域、航空、人造卫星等多个领域都有其应用。

1.2 碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

通过查阅资料我们可以知道，碳纤维力学性能非常好，相比其他材料来说，碳纤维的抗拉强度和弹性模量都比其他纤维高出不少。

为了研究成型压力对其拉伸性能的影响，我们进行了一系列实验，运用控制变量法，选取成分含量相同的树脂溶液，使用相同的碳纤维单向布，改变成型压力，制备不同的碳纤维增强环氧树脂好复合材料，通过压力测试，对不同的碳纤维复合材料拉伸性能做出评价。最后试验结束，在拉伸的过程中，不同的成型压力的复合材料会出现不同的断裂程度，因此我们能够得到下列结论，增加复合材料的成型压力可以在一定范围内增加复合材料的拉伸程度和弹性模量，这说明在一定的范围内，成型压力的适当增加对树脂基体对纤维的浸润程度有促进作用，可以提高树脂与纤维之间的粘合性，因此复合的效果也就越好，材料的拉伸性能也就越高。

2 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料

2.1 玻璃纤维的发展历程

玻璃纤维制品被广泛应用在各行各业，它是一种具有较高性能的无机非金属材料，具有较好的耐热性和耐腐蚀性，主要成分是二氧化硅，根据其形态和长度可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉，根据玻璃中碱的含量可以分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维，因为其良好的绝缘性和耐热性，常作为电绝缘性材料和保温材料出现在我们的生活中。玻璃纤维和碳纤维一样，常作为增强材料，被广泛应用在各个领域。玻璃纤维是玻璃钢的一种因此它的性能较钢的性能要高出许多。玻璃纤维作为增强材料，其中最出名的就是玻璃纤維增强环氧树脂复合材料，环氧树脂是一种性能优良的热固性树脂，与其他不聚酯树脂相比较，力学性质更优良，点绝缘性能越高，耐化学药品性、耐热性以及粘合性能也越好，当环氧树脂与玻璃纤维形成复合材料时，由于它较强的粘结性，因此可得到较高的界面剪切强度，复合材料使环氧树脂本就优良的力学性质耐化学性得到更好的发挥。

2.2 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

通过下表中玻璃纤维与钢性能的对比可以知道，玻璃纤维具有很好的力学性质，因此，它是一种较好的复合材料中的增强材料。

玻璃纤维是单项排列在树脂基体内的，所以当纤维含量达到一定值时，当外力通过树脂基体作用到纤维上时，由于各向异性的影响，外力的作用方向会发生改变，开始沿着纤维取向的方向发展，在一定程度上使力的作用发生分散，从而对复合材料的破坏程度降解到最低，提高了复合材料的力学性能，但是当复合材料中纤维材料含量过多时，部分纤维很难被树脂基体完全浸润，造成材料中许多结合界面结合力减弱，当外力作用到材料上时，力的传递失去了它本应有的效果，从而使材料的性能下降。

3 结语

经过多年的发展，我国的复合材料也跃居世界前位，但在很多领域我们或许对碳纤维以及玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的研究还有很多缺陷。碳纤维以及玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的耐腐蚀性、绝缘性、耐化学性以及耐热性相比之其他材料都是非常优良的，由于其刚性好、强度高，因此可以广泛应用于航天航空以及运输领域，对这些优良性能材料的开发可以有效降低产业开发所需的高成本和能源短缺的严重问题，所以，总的来说，这些新型材料的发展在未来的高新产业肯定会有美好前途，会产生大的作为。

参考文献

[1] 易增博.碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究[D].兰州交通大学，2015.

[2] 崔兴志.碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及性能研究[D].中国海洋大学，2014.

[3] 牟书香，贾智源.碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2013，（Z2）.

[4] 梁春群，莫攸.竹纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究[J].化工技术与开发，2010，（8）.

[5] 尹志娟，王丽雪，姜珊.玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的低温性能研究[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2010，（1）.

[6] 张硕，姚宁，吴继平，张广泰.玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能[J].电工材料，2016，（1）.

[7] 张乔胤，张鹏，程永奇，孙友松，董智贤.碳纤/玻纤协同增强环氧树脂复合材料力学性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2012，（5）.

（责任编辑：黄银芳）