紡織復(fù)合材料技術(shù)分析

　五、紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的組成與設(shè)計(jì)因素

　　紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料類似于自然界經(jīng)過(guò)優(yōu)勝劣汰的生物組織。所不同的是由纖維束組成的種種預(yù)成型構(gòu)造是經(jīng)過(guò)現(xiàn)代紡織技術(shù)織造成形的。將成型后的纖維束網(wǎng)絡(luò)骨架充填以基體材料，經(jīng)固化制成紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

　　紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的另一個(gè)組分就是基體材料。主要有樹脂基、金屬基、陶瓷基和碳碳基4類基體材料。在復(fù)合材料中，基體起著傳遞載荷、均衡載荷和固箝支持纖維的作用。只有纖維和基體兩者有機(jī)地匹配協(xié)調(diào)，才能充分發(fā)揮整體作用和各自的性能，即通常估算力學(xué)性能的混合律方可成立。值得指出，混合律還只是一個(gè)工程處理模式，切勿從混合律各組分所占的比例來(lái)判定各個(gè)組分所起的作用。這是因?yàn)榧徔椊Y(jié)構(gòu)復(fù)合材料的工藝性、力學(xué)性能中的壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、對(duì)環(huán)境的溫度、介質(zhì)相容性以及導(dǎo)電、傳熱等物理或化學(xué)性能主要取決于基體材料。研究表明，兩組分固化后組分之間受4種力的相互作用而固結(jié)成整體:其一，兩組分本身的內(nèi)聚力;其二，在纖維表面的微孔隙被基體大分子滲透擴(kuò)散而“釘牢”所產(chǎn)生的機(jī)械作用力;其三，包括氫鍵和范德華力在內(nèi)的吸附力;其四，基體的化學(xué)基團(tuán)與纖維表面化學(xué)基團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)所形成的化學(xué)鍵的作用力。這是組分選擇和工藝方法選擇的第二個(gè)應(yīng)考慮的因素。

　　基體的類型繁多，在選擇基體材料時(shí)，還必須考慮固化收縮率。例如環(huán)氧類、聚酯類和酚醛類樹脂的收縮率分別在1%～2%、4%～6%和8%～10%范圍內(nèi)。收縮率越大意味著固化后產(chǎn)生的縮孔和微裂紋就越多，結(jié)果會(huì)降低紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的力學(xué)性能。近年來(lái)，材料科學(xué)研究致力于減小基體的收縮率。通常的做法是在熱固性樹脂中填入熱塑性大分子，這樣既改善聚收狀態(tài)又提高結(jié)構(gòu)材料的韌性。

　　總之，在紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料設(shè)計(jì)中，首先就是選擇纖維和基體的材料。選擇的依據(jù)是基于:產(chǎn)品所經(jīng)受的載荷和環(huán)境(溫度、濕度、腐蝕和其它化學(xué)作用等);產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能要求;采用的預(yù)成型和固化技術(shù);成本限制等因素。