【技术干货】一文简要了解复合材料用增强纤维的压缩强度、韧性和刚度

本公众号的前期系列文章中先后介绍了《增强碳纤维的导热系数和热膨胀系数》（阅读原文）、《增强纤维的模量和拉伸强度》（阅读原文）。本文将继续介绍用于复合材料增强纤维的压缩强度、韧性和刚度。

压缩强度（Compressive Strength）：又称抗压强度，它是一种材料在压缩过程中承受外部压力的能力。极限强度由纤维断裂或永久变形时施加的最大载荷确定。压缩度通常采用层压形式的环氧树脂基体。

下表简单列举了几种用于复合材料增强的纤维压缩强度数值，在压缩强度方面，Kevlar（芳纶纤维）比碳纤维、玻璃纤维弱得多。而且重要的是Kevlar纤维在侧面撞击时更容易开裂，导致纤维压缩应变。这并不是说不能使用Kevlar，而是应设计一种足以满足结构可能看到需求的铺层结构。

韧性（Toughness）：是材料在应力下抵抗开裂或吸收能量的能力。虽然强度和韧性通常是相关的，但强度测量是纤维能承受的最高应力，而韧性是根据材料在变形前能承受的应力来测量的。它也是从测试开始测量到失效点的应力-应变曲线下的区域。通常，强度较弱的纤维仍会表现出“更坚韧”的特性。韧性可以表征材料抗疲劳和耐磨性的趋势。

Kevlar是用于复合材料增强时最轻的增强材料，其韧性也超过了玻璃纤维和碳纤维。因此，Kevlar纤维大量用于减振应用，并提供比碳纤维和玻璃纤维更好的抗冲击性。这种韧性也有助于Kevlar在反复加载时更耐疲劳。

刚度/硬度（Rigidity / Hardness / Stiffness ）：都是以材料在载荷下不变形的能力为特征。它决定了某些零件在荷载作用下是否会拉伸或移动，如果在设计关键区域中，严格的公差可能是承重结构的一个问题。

如果需要零件在负载下保持严格的尺寸公差，碳纤维就是答案。虽然碳纤维在三种纤维中具有最高的模量，但碳纤维复合材料即使在接近其极限强度时也会保持更严格的尺寸公差。

尽管每种增强纤维都被归类为高模量材料，但在接近其极限强度和整个加载循环时，每种纤维的表现都不同。对于碳纤维、Kevlar 49、Kevlar 29、S-玻璃和E-玻璃而言，其对应的应变分别为：2.00%、2.40%、3.60%、5.40%和4.8%。