與鋼材相比，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的材質(zhì)較輕，密度不到鋼材的1/3，但在強(qiáng)度方面，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到400MPa時鋼筋會出現(xiàn)屈服應(yīng)力，而玻璃纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1000-2500MPa。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，玻璃纖維復(fù)合材料為非均質(zhì)結(jié)構(gòu)且具有明顯的各向異性，破壞機(jī)制更加復(fù)雜，在不同類型載荷下對其進(jìn)行試驗和理論研究，能夠?qū)ζ淞W(xué)特性有全面的了解，特別是應(yīng)用于國防裝備和航空航天等領(lǐng)域需要深入研究其特性和力學(xué)性能，從而滿足其在使用環(huán)境下的需求。

下面介紹玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能與損傷后的分析，為該種材料的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

（1）拉伸性能與分析：

有研究玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能顯示，材料平行方向的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于垂直纖維方向的，因此在實際使用中應(yīng)將玻璃纖維方向與受拉方向盡量保持一致，充分利用其優(yōu)異的抗拉性能，與鋼材相比，抗拉強(qiáng)度明顯較高，但密度卻遠(yuǎn)小于鋼材，可見，玻璃纖維復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能較高。

表1玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂與Q235性能對比

有研究顯示，提高熱塑性復(fù)合材料中玻璃纖維的加入量，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度會逐步地增加，主要原因在于玻璃纖維含量增加時，復(fù)合材料中有更多的玻璃纖維承受外力的作用，同時由于玻璃纖維數(shù)量的增加，使得玻璃纖維之間的樹脂基體變薄，更有利于玻璃纖維增強(qiáng)框架的搭建，因此，玻纖含量的提升使得復(fù)合材料在受到外加載荷情況下，應(yīng)力更多的由樹脂傳遞至玻纖，有效提升了其拉伸性能。由圖1也可看出，在相同的纖維含量下，長玻璃纖維復(fù)合材料的拉伸性能優(yōu)于短玻纖。

圖1不同纖維含量下材料的拉伸強(qiáng)度

有研究對玻璃纖維不飽和聚酯復(fù)合材料的拉伸試驗顯示，通過拉伸斷面的掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的失效形式為纖維和樹脂基體的組合破壞，斷口顯示為拉伸斷面上有大量玻纖從樹脂基體中拔出，從樹脂基體中拔出的玻璃纖維的表面光滑、干凈，粘結(jié)在玻璃纖維表面的樹脂碎片非常少，表現(xiàn)為脆性斷裂，通過改善玻璃纖維與樹脂的鏈接界面，增強(qiáng)二者的嵌合能力，拉伸斷面上可見大部分玻璃纖維粘結(jié)較多的基體樹脂碎屑，進(jìn)一步放大觀察發(fā)現(xiàn)，大量的基體樹脂粘結(jié)在已經(jīng)拔出玻纖的表面且呈現(xiàn)類似梳狀排列，斷口表現(xiàn)為韌性斷裂，能夠獲得更加優(yōu)異的力學(xué)性能。

圖2 196 樹脂的 GFRP 的拉伸斷面的 SEM 照片

圖3 UP/PU 共聚樹脂 GFRP 拉伸斷面的 SEM 照片

（2）彎曲性能與分析：

對玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的單向板和樹脂澆筑體進(jìn)行了三點彎曲疲勞試驗，顯示隨著疲勞次數(shù)的增加，二者彎曲剛度不斷下降，但玻璃纖維增強(qiáng)單向板的彎曲剛度遠(yuǎn)高于澆注體，且彎曲剛度下降速度更慢，時間出現(xiàn)裂紋的疲勞次數(shù)較多，說明玻璃纖維對基體的彎曲性能有增強(qiáng)的效果。

隨著玻璃纖維的引入和體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度也相應(yīng)增加，在纖維體積分?jǐn)?shù)為50%時，其抗彎曲強(qiáng)度為最高，較原樣強(qiáng)度提高了21.3%，而在纖維體積分?jǐn)?shù)為80%時，復(fù)合材料的抗彎曲強(qiáng)度有明顯的下降，低于未加入纖維試樣的強(qiáng)度，通常認(rèn)為，材料的低強(qiáng)度可能是由于內(nèi)部的微裂紋和空隙阻斷了載荷通過基體向纖維的有效傳遞，在外力作用下微裂紋迅速擴(kuò)展形成斷層，最終造成破壞。該玻纖復(fù)合材料的界面結(jié)合主要依賴于玻纖基體高溫下的粘性流動對纖維進(jìn)行包裹，而過多的玻璃纖維對基體的粘性流動產(chǎn)生了極大地阻礙作用，對界面間的連續(xù)性產(chǎn)生了一定程度的破壞作用。

表2 不同纖維體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的抗彎曲強(qiáng)度

（3）抗侵徹性能：

將高強(qiáng)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于反應(yīng)裝甲的面和背板，與傳統(tǒng)的合金鋼相比，具有更好的抗侵徹性能，見表3和表4，由圖4可知，與合金鋼相比玻璃纖維復(fù)合材料作為爆炸反應(yīng)裝甲的面和背板時，爆轟作用發(fā)生后，玻璃纖維復(fù)合材料如圖4（b）的殘留碎片較小，無任何殺傷能力，可部分消除爆炸反應(yīng)裝甲的二次殺傷效應(yīng)。

表3 纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料對破甲彈的防護(hù)性能

表4 合金鋼對破甲彈的防護(hù)性能

 圖4 爆炸反應(yīng)裝甲背板的損傷情況

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