紡織復合材料技術分析

　五、紡織結構復合材料的組成與設計因素

　　紡織結構復合材料類似于自然界經過優勝劣汰的生物組織。所不同的是由纖維束組成的種種預成型構造是經過現代紡織技術織造成形的。將成型后的纖維束網絡骨架充填以基體材料，經固化制成紡織結構復合材料。

　　紡織結構復合材料的另一個組分就是基體材料。主要有樹脂基、金屬基、陶瓷基和碳碳基4類基體材料。在復合材料中，基體起著傳遞載荷、均衡載荷和固箝支持纖維的作用。只有纖維和基體兩者有機地匹配協調，才能充分發揮整體作用和各自的性能，即通常估算力學性能的混合律方可成立。值得指出，混合律還只是一個工程處理模式，切勿從混合律各組分所占的比例來判定各個組分所起的作用。這是因為紡織結構復合材料的工藝性、力學性能中的壓縮、彎曲、剪切、扭轉強度、對環境的溫度、介質相容性以及導電、傳熱等物理或化學性能主要取決于基體材料。研究表明，兩組分固化后組分之間受4種力的相互作用而固結成整體:其一，兩組分本身的內聚力;其二，在纖維表面的微孔隙被基體大分子滲透擴散而“釘牢”所產生的機械作用力;其三，包括氫鍵和范德華力在內的吸附力;其四，基體的化學基團與纖維表面化學基團起化學反應所形成的化學鍵的作用力。這是組分選擇和工藝方法選擇的第二個應考慮的因素。

　　基體的類型繁多，在選擇基體材料時，還必須考慮固化收縮率。例如環氧類、聚酯類和酚醛類樹脂的收縮率分別在1%～2%、4%～6%和8%～10%范圍內。收縮率越大意味著固化后產生的縮孔和微裂紋就越多，結果會降低紡織結構復合材料的力學性能。近年來，材料科學研究致力于減小基體的收縮率。通常的做法是在熱固性樹脂中填入熱塑性大分子，這樣既改善聚收狀態又提高結構材料的韌性。

　　總之，在紡織結構復合材料設計中，首先就是選擇纖維和基體的材料。選擇的依據是基于:產品所經受的載荷和環境(溫度、濕度、腐蝕和其它化學作用等);產品結構特點及其功能要求;采用的預成型和固化技術;成本限制等因素。