树脂含量对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

树脂含量对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的影响吴海亮
【摘要】采用真空袋压手糊成型工艺制作不同树脂含量的复合材料样板,测试其力学性能.结果表明,随着树脂含量的变化,玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和模量均先逐渐增加,当树脂含量在28%,~32%,时,强度和模量均趋于稳定,后随着树脂含量的上升,强度和模量均有下降,剪切性能也呈现上升趋势.
【期刊名称】《天津科技》
【年(卷),期】2017(044)007
【总页数】3页(P21-22,26)
【关键词】树脂含量;力学性能;影响
【作者】吴海亮
【作者单位】东方电气(天津)风电叶片工程有限公司天津300480
【正文语种】中文
【中图分类】TU599
玻璃纤维增强复合材料以其高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、独特的可设计性等特性，在结构材料领域应用广泛，尤其是在近些年兴起的风电叶片行业。

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是目前风电叶片的主要结构材料，其性能是风电叶片质量和寿命的决定性因素，在玻璃纤维增强复合材料中，玻璃纤维纱线是通过树脂的粘接与定位一致发挥作用的，因此树脂含量的高低、变化及分布直接影响复合材料的性能。

本文采用真空袋压手糊成型工艺制作不同树脂含量的复合材料样板，对比
其力学性能的变化，以帮助我们认识玻璃纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的变化对复合材料性能的影响。

1.1 原材料及设备
本实验用原材料是低粘度环氧树脂和风电叶片用单向布，环氧树脂的环氧当量为170，固化剂胺值为 500。

单向布织物由模量为 90GPa的高模无碱玻璃纤维编织而成。

成型工艺采用真空袋压手糊成型工艺。

力学测试设备为岛津 AG-IC100KN 型万能试验机，树脂含量测试设备为马弗炉和分析天平等。

1.2 实验方案
1.2.1 样板制作
单轴向玻璃纤维布为[0°(1152g/m2) ，90°(36g/m2)+50g短切毡]，分别制作拉伸和剪切样板，拉伸样板的铺层方式为[0°，90°]、[0°，90°]、[90°，0°]、[90°，0°]，剪切样板的铺层方式为[+45°(1152g/m2) ，-45°(36g/m2)]，[-45°(1152g/m2) ，+45°(36g/m2)]，[+45°(36g/m2)，-45°(1152g/m2)]，[-45°(36g/m2)，+45° (1152g/m2)]。

试样采用真空袋压手糊成型工艺，要求系统真空度＜-0.01MPa，制样过程无漏气现象。

1.2.2 树脂含量(见表1)
1.2.3 制作样板
按照真空袋压手糊成型的工艺要求制作样板，铺层完成并铺放好真空辅助材料后抽真空，后按照环氧树脂的固化工艺(室温24h+70℃ 8h)进行固化，样板固化后按照 ISO 527-1、ISO 527-5、ISO 527-4、ISO 14129、GB/T 2577国际标准要求制作试验样条，并对试验样条进行状态调节。

1.3 力学性能测试
根据标准制作不同状态条件、不同树脂含量的样条，按照国际标准 ISO 527-5、ISO 527-4、ISO 14129、GB/T 2577要求分别测试样条的拉伸性能、剪切性能和
树脂含量。

分别对不同树脂含量的复合材料样条进行拉伸性能和剪切性能测试，测试结果如表2、3所示：
从表2、3中数据可以看出，随着树脂含量的变化，拉伸强度和模量均先逐渐增加，当树脂含量在28％～32％时，强度和模量均趋于稳定，后随着树脂含量的上升，强度和模量均有下降，剪切性能也呈现上述趋势。

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是由树脂基体将增强纤维粘接成为一个整体，共同承受外载荷，所以必须有足够的树脂来浸润玻璃纤维布，并粘接固化成一体。

如果在复合材料成型过程中树脂含量较低，将造成局部树脂含量低于极限，使纤维无法被树脂充分浸润，更无法很好地粘接在一起，导致复合材料性能降低。

反过来，如果复合材料成型过程中树脂含量过高，将会造成局部树脂含量高于极限，从微观来看玻璃纤维丝之间树脂变多，造成复合材料受力时发生树脂基体破坏，而非界面破坏，也会导致复合材料性能的降低。

随着树脂含量的变化，玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和模量均先是逐渐增加，当树脂含量在 28％～32％时，强度和模量均趋于稳定，后随着树脂含量的上升，强度和模量均有下降，剪切性能也呈现上述趋势。

理论上，单向复合材料中的纤维含量愈高，相应的树脂含量愈低，复合材料强度愈高，因而在工艺过程中尽量提高纤维的含量。

试验证明实际上并非如此，如果树脂含量过低，就会造成复合材料的贫胶现象，使纤维粘接不牢，造成复合材料性能下降。

如果树脂含量过高，造成复合材料中树脂本体破坏，也会造成复合材料性能降低。

因此，玻璃纤维增强复合材料树脂含量的大小，必须依产品的结构特性控制在最佳范围，才能保证玻璃纤维具有最佳的性能指标。

【相关文献】
［1］高建勋. 浅析玻璃纤维缠绕增强塑料树脂含量的影响因素[C]. 第十七届玻璃钢/复合材料学术年会，2008.
［2］王丽雪，尹志娟，刘海鸥. 玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能分析[J]. 黑龙江工程学院学报：自然科学版，2009(3)：77-78.
［3］吴晓庆. 碳纤维增强海因环氧树脂复合材料拉挤工艺性能研究[J]. 热固性树脂，2011(2)：38-40.。