【环氧板】材料的界面力学特性

【环氧板】材料的界面力学特性

环氧板材料的增强体和基体通过界面环氧板在起。 界面的特性 会影响环氧板材料载荷的传递进而影响环氧板材料的力学性能。因此，有必要了解环氧板材料界面的力学特征及其对环氧板材料力学性能的影响，从而更好地对界面进行设计和控制。本节主要讲述环氧板材料界面的力学特征及强度测试方法。

环氧板材料界面可根据基体模量的不同分为以下两类:

(1)弹性界面。该类界面是指弹性纤维和弹性基体组成的环氧板材料界面。该类环氧板材料的应力-应变曲线特征是其变形和断裂过程可分为两个阶段:第--阶段是纤维和基体出现弹性变形;第二阶段是基体出现非弹性变形,纤维断裂，进而环氧板材料断裂。属于这类界面的环氧板材料主要有碳纤维或陶瓷纤维增强陶瓷基体及玻璃纤维增强热固性聚合物等。

(2)用服界面(滑移界面)。该类界面是指弹性纤维和塑性基体组成的环氧板材料界面。该类环氧板材料,在承载失效时,纤维的断裂应变小于基体的断裂应变;纤维表现为脆性破坏,基体表现为塑性破坏。因此,该类环氧板材料的应力一应变曲线的特征是变形和断裂过程可分为三个阶段:第一阶段，纤维和基体均发生弹性变形;第二阶段,随着应力的增大，基体开始发生非弹性变形,但该阶段纤维的变形仍是弹性的;第三阶段，基体发生破坏,纤维断裂，进而环氧板材料断裂。属于这类界面的环氧板材料主要有硼纤维、碳纤维或陶瓷纤维增强的金属基环氧板材料以及纤维增强的热塑性聚合物环氧板材料。

不管是弹性界面还是屈服界面,环氧板材料承载时，载荷一般都是直接加在基体上，然后通过界面传递到纤维上，使纤维受载。一般而言,纤维的模量要大于基体的模量。对于连续纤维增强的环氧板材料,其受力时遵循等应变条件,基体和纤维受力较为简单。而对于短纤维而言，受载时基体的变形量要大于纤维的变形量。图9-1可以简单表示环氧板材料受力时纤维和基体变形不均匀的现象。由于纤维和基体是紧密结合的,纤维将限制基体的过大变形,于是界面部分便产生了剪应力和剪应变，环氧板材料所受载荷也合理分配到纤维或增强体中。由于纤维

轴向的中间和两端部分限制基体变形的程度不同(见图9-1),因而界面处的剪应力沿纤维轴向方向的大小也不相同。分析其应力传递和载荷分布时，最重要的理论为剪滞理论。

剪滞理论是由Rosen于1965年提出的，推导时假设界面结合良好,界面无滑移;环氧板材料基体和纤维泊松比相同,即无横向截面应力产生,或加载过程中不产生垂直于纤维轴向上的应力。取环氧板材料中一个单元(见图9- 2),讨论加载时载荷如何传递到纤维上，及纤维中应力的分布情况。单元中,纤维直径为d,半径为r,，纤维长度为l，纤维拉应力为σ,界面剪切应力为:传递到纤维上的载荷为P.纤维之间的距离为2R,纤维轴向坐标为x即从纤维一端开始沿纤维任意一点的位置。

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