長纖維復(fù)合材料

以長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料粒料的生產(chǎn)為例。

長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料粒料是一種以長顆粒狀半成品預(yù)浸材料形式供應(yīng)市場的長纖維增強(qiáng)熱塑性基體復(fù)合材料（見圖）。通常采用纖維預(yù)混合、定長纖維混合擠出、連續(xù)纖維擠出包覆等工藝制造。將這類半成品預(yù)浸材料采用加熱模壓、注塑等成型工藝進(jìn)行二次加工，即可成型為熱塑性復(fù)合材料部件。

在考慮復(fù)合材料的力學(xué)性能時，需作以下假沒：

①纖維均勻分布；

②纖維與恭體界面有好的結(jié)合；

③材料內(nèi)沒有殘余應(yīng)力；

④纖維與基體小變形時可看成是線彈性材料。

連續(xù)長纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能存在明顯的各向異性。當(dāng)載荷平行于纖維時復(fù)合材料的彈性模量最高，當(dāng)載荷垂直于纖維時復(fù)合材料的彈性模量最低，而在其他取向上復(fù)合材料的彈性模量介于最大彈性模量與最小彈性模量之間。這種復(fù)合時料力學(xué)性能的計算規(guī)律被稱為復(fù)合材料性能的混合定則。

纖維復(fù)合材料由長纖維與聚合物樹脂所形成的復(fù)合材料。經(jīng)常使用的長纖維有合成纖維、玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維等。纖維——聚合物復(fù)合材料是已知最強(qiáng)固和最堅韌的工程材料，各種纖維可賦予復(fù)合材料優(yōu)異的機(jī)械性能，如高模量、高強(qiáng)度、高韌性等。纖維復(fù)合材料中，界面黏合狀況在決定材料模量、強(qiáng)度和韌性方面有很重要的作用。長纖維復(fù)合材料中，纖維承受大部分負(fù)荷，基材起應(yīng)力傳導(dǎo)和保護(hù)纖維不受損傷的作用。

對長纖維復(fù)合材料施加的應(yīng)力超過臨界應(yīng)力時，會產(chǎn)生一個或幾個斷裂過程，最重要的3種模式——軸向拉伸斷裂、橫向拉伸斷裂、切向斷裂（斷裂面與纖維垂直、斷裂面與纖維平行、切應(yīng)力引起的錯動）。施加平行于纖維方向的應(yīng)力σ₁會引起纖維及基體的斷裂，斷裂的路徑垂直于纖維軸線方向；在橫向拉伸及斷裂模式中，強(qiáng)度會很低，施加σ₂或τ₁₂會引起與纖維平行方向的斷裂，在這種情況下，斷裂可能發(fā)生在基體內(nèi)部、纖維與基體的界面，也可能發(fā)生在纖維內(nèi)部。

以高性能的纖維為增強(qiáng)體，金屬或它們的合金為基體制成的復(fù)合材料。纖維是承受載荷的主要組元，纖維的加入不但大大改善了材料的力學(xué)性能，而且也提高了耐溫性能。常用于金屬基復(fù)合材料的纖維有硼纖維、碳(石墨) 纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維，以及鎢絲、鑰絲、鈹絲、不銹鋼絲等金屬絲。硼/鋁、碳(石墨) /鋁、碳化硅/鋁、氧化鋁/鋁、碳(石墨) /鎂是比較典型的幾種金屬基復(fù)合材料。