玻璃纤维的长径比在力学性能方面的影响

在复合材料的领域中，玻璃纤维的长径比如同一个关键的变量，悄然改变着材料的力学性能表现。不同长径比的玻璃纤维宛如赋予了复合材料不同的 “性格”，在拉伸、弯曲、冲击等力学性能方面产生了深远且各具特点的影响。

强度和刚度：随着玻璃纤维长径比的增加，复合材料的强度和刚度通常会提高。这是因为较长的纤维能更有效地传递应力，从而提高材料的整体性能。例如，研究表明当使用经聚酰亚胺表面处理的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料时，纤维的拉伸强度和束完整性得到改善，尤其是当纤维长度为3毫米时，复合材料的拉伸强度、模量、弯曲强度和断裂韧性均有显著提高。

应力传递：长径比影响纤维与基体之间的应力传递效率。较高的长径比意味着纤维与基体之间的接触面积更大，从而提高了应力传递效率。在单向短纤维增强金属基复合材料中，长径比的变化对复合材料的应力传递、弹性模量以及应力-应变关系曲线有显著影响。

韧性和断裂模式：一般来说，随着长径比的增加，复合材料的韧性也会增加，因为纤维能够更有效地吸收和分散能量。研究表明，长玻璃纤维强化的树脂基复合材料的Ⅱ型断裂韧性及裂纹扩展速率会受到长径比的影响。长径比的增加可以提高复合材料的断裂韧性，材料在断裂前能够吸收更多的能量。

不同长径比的玻璃纤维会影响复合材料的断裂模式。例如，较高的长径比可能导致纤维在复合材料中更均匀地分布，从而在破坏时表现出更为均匀的断裂模式有研究指出，当玻纤长径比小于8:1时，复合材料的磨损形式主要表现为粘着磨损与磨粒磨损；而当玻纤长径比大于8:1后，复合材料的磨损形式主要表现为磨粒磨损。

热性能：纤维长度对玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的热稳定性影响很小，但对结晶行为产生显著影响，其中长玻璃纤维导致聚苯硫醚复合材料的结晶度显著降低。

界面相互作用：长径比也会影响纤维与树脂基体之间的界面相互作用。界面的粘结强度会随着长径比的增加而提高，这有助于提高复合材料的整体性能。

复合材料的动态力学性能：研究表明，不同纤维长径比对复合材料的动态力学性能有显著影响，长径比的增大会导致材料的力学内耗下降而模量增加。在动态压缩载荷作用下，三维四向编织碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能表现出一定的应变率强化效应。与准静态结果相比，在高应变率下的复合材料的强度和模量有明显增大，并表现出一定的脆性。