【环氧板】材料预制体结构设计

部分环氧板材料制备时是增强体和基体环氧板与成型同时进行,而部分环氧板材料需要先成型再环氧板。称这类先成型再环氧板的环氧板材料成型后的结构为预制体。掌握预制体结构特征是进行环氧板材料结构设计的基础。

预制体按其纤维构造可分为线性(1维,1D)、平面(2维,2D)和立体(3维、3D)等三大类。(1)1维环氧板材料，有时也称为单向结构环氧板材料，是指环氧板材料中所有纤维均处于同-个方向,这个方向一般也是环氧板材料承载方向。介绍的环氧板材料力学特征很多都是针对1维环氧板材料的。纤维束或纤维丝环氧板材料也属于此类。纤维束、纤维丝与单根纤维的力学特征有所不同。根据Coleman和Daniles等的研究，纤维束与纤维丝强度直接的关系可通过下式表示:σN =σ∞+0.996BN式中,ON为纤维束强度;N为纤维束内纤维根数;σ∞为纤维根数趋于无穷大时，纤维束的渐近平均强度;B为纤维强度系数，当纤维种类纤维直径、试样长度确定时,B是一个定值。

可以看出，纤维束的强度和纤维根数有关。纤维根数越多，纤维束平均强度越低,但并不会趋于0,而是存在着一个极限值。此外,纤维单丝强度虽然高于纤维束强度，但其离散性较大，而合并成束后强度虽然降低,但变得相对集中,这对提高环氧板材料的性能可靠性具有积极意义。

(2)2维(2D)结构环氧板材料的增强相是按照一定铺设角度堆积的各单层(即传统层合板环氧板材料)或2维织物，如2D机织(平纹、斜纹和缎纹)、针织(径向和纬向)和编织布(双向和3向)等。现在应用的环氧板材料大部分都是这种结构形式。其特点是无论含有几个方向的纤维束,它们都位于平面内，其特性以相邻纤维束的间距、纤维束尺寸、每个方向上纤维束的含量、纤维束的填充效率和交织的复杂程度来表征。
目前比较常见的2D叠层结构是由平纹层叠而成的。该类环氧板材料具有较高的面内力学性能,适用于制备面内力学性能要求较高的薄壁构件。其主要缺点是层间剪切强度差,尤其是截面较厚时表现更为明显,产品形状受限;由于没有Z向纤维,较易分层和产生裂纹。

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