[科普中国]-长纤维复合材料

长纤维复合材料（continuous fibre composite），又称连续纤维复合材料由长(连续)纤维与树脂组成的复合材料。长纤维可赋于基材树脂协同的机械性能，如同时具有高模量、高强度、高韧性等。和粒状填料复合材料相同，界面粘合情况在决定模量、强度和韧性方面起重要作用。1

简介纤维复合材料由长纤维与聚合物树脂所形成的复合材料。经常使用的长纤维有合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等。纤维——聚合物复合材料是已知最强固和最坚韧的工程材料，各种纤维可赋予复合材料优异的机械性能，如高模量、高强度、高韧性等。纤维复合材料中，界面黏合状况在决定材料模量、强度和韧性方面有很重要的作用。长纤维复合材料中，纤维承受大部分负荷，基材起应力传导和保护纤维不受损伤的作用。2

制造工艺以长纤维增强热塑性复合材料粒料的生产为例。

长纤维增强热塑性复合材料粒料是一种以长颗粒状半成品预浸材料形式供应市场的长纤维增强热塑性基体复合材料（见图）。通常采用纤维预混合、定长纤维混合挤出、连续纤维挤出包覆等工艺制造。将这类半成品预浸材料采用加热模压、注塑等成型工艺进行二次加工，即可成型为热塑性复合材料部件。

断裂模式对长纤维复合材料施加的应力超过临界应力时，会产生一个或几个断裂过程，最重要的3种模式——轴向拉伸断裂、横向拉伸断裂、切向断裂（断裂面与纤维垂直、断裂面与纤维平行、切应力引起的错动）。施加平行于纤维方向的应力σ1会引起纤维及基体的断裂，断裂的路径垂直于纤维轴线方向；在横向拉伸及断裂模式中，强度会很低，施加σ2或τ12会引起与纤维平行方向的断裂，在这种情况下，断裂可能发生在基体内部、纤维与基体的界面，也可能发生在纤维内部。3

力学性能在考虑复合材料的力学性能时，需作以下假没：

①纤维均匀分布；

②纤维与恭体界面有好的结合；

③材料内没有残余应力；

④纤维与基体小变形时可看成是线弹性材料。

连续长纤维复合材料的力学性能存在明显的各向异性。当载荷平行于纤维时复合材料的弹性模量最高，当载荷垂直于纤维时复合材料的弹性模量最低，而在其他取向上复合材料的弹性模量介于最大弹性模量与最小弹性模量之间。这种复合时料力学性能的计算规律被称为复合材料性能的混合定则。4

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学