Page 33 - 理化检验-物理分册2021年第九期
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蔡玄龙, 等: 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲性能及破坏特征
环氧树脂预浸料和平纹玻璃纤维 / 环氧树脂预浸料, 和90° 交替铺层)。可见在弯曲加载过程中, 试样弯
分别压制成2mm 厚的环氧玻璃钢复合材料, 加工 曲试验过程可分为3个阶段:( 1 ) 弹性阶段, 在此阶
成试样后进行弯曲试验, 得到相应弯曲性能参数; 观 段内, 玻璃钢处于弹性变形阶段, 随着载荷逐渐增
察弯曲破坏的试样断口, 并分析破坏特征, 以期为该 大, 试样中细小缺陷处会逐渐发生破坏, 载荷 - 挠度
类环氧玻璃钢的应用提供指导。 曲线表现为细小锯齿状的上升 [ 9 ] ;( 2 ) 弹塑性阶段,
随着载荷进一步增大, 玻璃钢内部的大量纤维束开
1 试验方法
始断裂 [ 10 ] , 当部分纤维束断裂后, 载荷施加在未断
试验使用某公司生产的玻璃纤维 / 环氧树脂预 裂的其他纤维束上, 此阶段中玻璃钢内部的应力不
浸料, 其包括单向玻璃纤维预浸料( G1 )、 单向玻璃 断重新分布, 当达到最大载荷时, 载荷 - 挠度曲线表
纤维 预 浸 料 ( G2 )、 平 纹 玻 璃 纤 维 织 物 预 浸 料 现为突然下降;( 3 ) 塑性阶段, 试样发生局部载荷突
( G1911 ) 3类, 其中, G1和 G2的厚度不同。 然下降后, 玻璃钢内绝大多数纤维束已经发生断
按图1 、 图2所示分别裁剪0° , 45° , 90° 不同方向 裂 [ 11 ] , 载荷 - 挠度曲线表现为突降后又缓慢上升。
的玻璃纤维预浸料, 按一定方式铺层后放入模具, 然
后在一定压力下加热固化。将固化后的玻璃钢层合
板切割加工制成弯曲试样, 试样尺寸为 150mm×
15mm×2mm 。采用 CMT5305 型电子万能试验
机对玻璃钢试样进行弯曲试验, 然后使用 XTZ-E 型
连续变倍体视显微镜对断口进行观察。按 GB / T
1449 — 2005 《 纤维增强塑料弯曲性能试验方法》 的技
术要求对制备的试样进行弯曲性能测试, 下压速度
-1
为10mm · min 。
图3 弯曲过程的典型载荷 - 挠度曲线
Fi g 3 T yp icalload-deflectioncurveofbendin gp rocess
2.2 弯曲破坏形式
在弯曲试验中, 弯曲试样断口的破坏形式分为
压溃破坏和层间剪切破坏。图 4a ) 的破坏形式( 弯
曲试样选用单向玻璃纤维预浸料 G2 , 铺层方式为0°
铺层) 属于压溃破坏, 可见试样的弯曲断口与试样边
缘呈90° , 树脂基体发生开裂; 由图 4c ) 和图 4d ) 可
图1 单向玻璃纤维预浸料不同方向裁剪示意图
见, 断口有部分树脂颗粒, 同时可见断裂的纤维。压
Fi g 1 Schematicdia g ramsofunidirectional g lassfiber
p re p re g clothtailorindifferentdirections 溃破坏的载荷 - 挠度曲线如图4b ) 所示, 在压溃的瞬
间大量纤维与树脂断裂, 载荷急速下降。
图 5a ) 的破坏形式( 弯曲试样选用单向玻璃纤
维预浸料 G2 , 铺层方式为±45° 交替铺层) 属于层间
剪切破坏; 随着弯曲载荷的增加, 玻璃钢内部的纤维
开始断裂, 裂纹迅速扩展, 同时向树脂基体扩散, 最
图2 平纹玻璃纤维织物预浸料0° 裁剪示意图 终导致内部的玻璃纤维与树脂基体剥离, 形成内部
Fi g 2 Schematicdia g ramof p lainweave g lassfiber
的层间脱粘, 导致失效破坏, 如图5c ) 和图5d ) 所示。
fabric p re p re g clothtailorin0°
层间剪切破坏的载荷 - 挠度曲线如图5b ) 所示, 在载
2 试验结果与分析 荷逐渐增加的过程中, 曲线不会有较大的突降, 表现
2.1 弯曲损伤过程 为波浪形的上升和下降。
弯曲过程的典型载荷 - 挠度曲线如图3所示( 弯 2.3 铺层角度对环氧玻璃钢弯曲性能的影响
曲试样选用单向玻璃纤维预浸料 G2 , 铺层方式为0° 对铺层角度不同的试样进行弯曲试验, 结果如
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