树脂基复合材料蠕变性能研究进展

２ ０ １ ３年 第 ３期
玻 璃 钢 ／复 合 材 料
１ ０ ９
树脂 基 复 合 材料 蠕 变 性 能研 究进 展
刘鹏 飞 ，赵 启 林 ，王 景 全
（ １ Байду номын сангаас解放军理工大学工程兵工程学院 ，南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ； ２ ． ７ １ ８ ８ ７部队 ，烟台 ２ ６ ５ ８ ０ １ ）
变总应变约为初始应变 的三倍 ， 弯 曲蠕变在 ３ ０ ％静 强度 的应力作用下 ， ７ ２ ０ ｈ的蠕变总挠度约为初始挠 度 的 ５倍 半 。３ ０ ７聚 酯 玻 璃 钢 应 力 大 于 静 强 度 的
５ ０ ％ 时 的弯 曲蠕 变 ， 试 件 相 继 发 生 蠕 变 破 坏 。 松
弛过 程也 会 引 起 超 静 定 结 构 中 内 力 随 时 间 重 新 分
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ － ０ ６ － ０ １ 基金项 目：国家科技 支撑计划 （ ２ ０ １ ２ Ｂ Ａ Ｋ ０ ５ Ｂ ０ ０ ） 作者简介 ：刘鹏 飞 （ １ ９ ８ ４ 一 ） ，男 ，博士 ，主要从事复合材料在土木工程中的应 用研究 。 通讯作者 ：赵启林 （ １ ９ ７ ２ 一 ） ，男 ，博士后 ，副教授 ，主要从事复合材料在土木 工程 中的应用研究 ，ｚ ｈ ａ ｏ ｈ ｓ ｑ ｌ ９ １ ９ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
蠕变 实验 是建 立 和 改 进 蠕 变模 型 ， 研 究 树脂 基
复合材料长期力学性能的基础 ， 因此近年来 蠕变 实
验研 究受 到 学者们 的普 遍关 注 。
１ ． １ 复合 材料 组分 材料 蠕变 性能 实验研 究进展
应变 ） 分量随时间不断增长 ， 使回弹应变分量随时间 逐渐降低 ， 从而导致变形恢复力（ 回弹应力 ） 随时间
塑性 变形 通 常在 应 力 超 过 弹性 极 限之 后 才 出现 ， 而 蠕变 只要 应力 的作 用 时 间 足 够长 ， 它 在应 力 小 于 弹
性极 限 时也 能 出现 。而应力 松 弛是指 粘 弹性 材 料在 总应 变不 变 的情况 下 ， 由于 内部 粘性 应变 （ 或粘 塑 性
１ 复合材料蠕变性 能的实验研究进展
逐渐 降低 的 现象 ¨ Ｊ 。 树脂 基 复合材 料在 工程 中往 往处 于 长 时 间承 载
工况 ， 蠕 变或 应力 松 弛会 引起结 构持 久 性能 的改变 ，
树脂 基 复合材 料 的蠕变性 能 与组分 材 料 的蠕 变 性能、 组分比、 应力状态、 使 用 环 境 等 因 素有 关 。树 脂基 复合 材料 主要 由纤 维和基 体组 成 。纤 维 和基 体 的蠕变性 能 都将影 响树 脂基 复合 材料 的蠕变 。 １ ． １ ． １ 基 体 的蠕变 实验研 究 实验 研究 表 明 ， 聚合 物基 体具 有较 大 的粘 弹性 ， 由于聚合 物基 体在 树脂 基复合 材料 中起 着 粘结 纤 维 和传 递应 力 的作 用 ， 因而 基 体 的粘 弹 性 必 将 使树 脂 基 复合材 料 也具有 粘 弹性 。树 脂基 体 的蠕 变 引起 的
从 而影 响到 结构 长期 正 常工 作 的可 靠 性 Ｊ 。Ｌ ｉ ｆ ｓ ｈ ｉ ｔ ｚ
和Ｒ ｏ ｔ ｅ ｍ发现室温条件下纤维体积分数为 ６ ０ ％ 的 单 向玻璃 纤 维／ 聚酯 复合 材 料 在 ５ ０ ％初 始 拉 伸 强 度
条件 下经 过 １ ０ ｍｉ ｎ发生 破坏 。试 验 发 现 ， 当主应 力 方 向与经 纬 向成 ４ ５ 。 时， 蠕变 较剧 烈 ， １ ０ ０ ｈ的拉 伸 蠕
布 。高温 下 的紧 固零 件 ， 其 内部 的 弹 性 预 紧力 随 时 间衰 减 ， 会 造 成密 封泄 露或 松脱 事故 ］ 。 因此 在结 构设 计 中 ， 蠕 变是 一 个 不 可 忽视 的 重 要 因素 。蠕变 是 一种 宏 观 现 象 ， 究 竟 是 什 么原 因 引
如文献 ［ １ １ ］ 发现 ， 在外 加应力 小于 ２ ６ Ｍ Ｐ ａ 时， Ｐ Ｅ Ｔ 复合材料的蠕变柔量基本上不随外加应力变化 ， 如
复合材料持久性能的改变 占主导地位 。 。 。 树脂基体 的蠕变性能与应力状态 、 自身分子结 构、 温度 等环 境 因素有关 。
（ １ ） 应 力对 基体 蠕变 的影 响 当基 体 所受 的恒 定 应 力 较 小 时 ， 材 料 一 般 呈 现 线 粘 弹性 ， 其 蠕 变柔 量 不 随加 载应 力 水 平 的变 化 而 变化 ， 蠕 变 应 变 与其 相 应 的应 力 有 线 性 比例 关 系 。
摘要 ：树脂基复合材料在 室温条件 下的蠕 变被认为是制约其 更为广泛应 用的主要瓶 颈之一 。本 文综述 了复合材料 蠕 变 性能的研究进展 ， 讨论 了纤维 、 基体 的蠕 变性能以及温度、 外部 应力和材 料性质对复合材料蠕变性能的影响规律 。探 讨 了复合 材料的蠕 变机理 ， 分析 了 目前 常 用的模 拟 和预 测蠕 变行 为 的模 型 ， 并就 其适 用 范围进行 了讨 论 ， 展 望 了该 领域研 究的发 展
态势。
关键词 ：树脂基 复合材料 ； 蠕 变； 应 力松 弛 ；粘弹性
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３— ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ １ ０ ９—１ ０
树脂 基 复合 材 料 具 有 明 显 的粘 弹性 ， 当施 加 荷 载时， 树脂 基 复 合材 料 会 产 生 蠕 变 和 应 力 松 弛 。所
起的， 如何预测和控制复合材料的蠕变？对此 ， 国内
外进 行 了大量 研 究 。本 文 将 从 蠕 变试 验 、 蠕 变机 理 和蠕 变模 型 三方 面综 述 近年来 树脂 基 复合 材料 蠕 变
性 能 的研 究进 展 。
谓蠕变是指固体材料在保持应力不变 的条件下 ， 应
变 随时 间延 长 而增 加 的现 象 。它 与 塑性 变 形 不 同 ，