如何实现纤维增强复合？

复合材料的复合不是组成材料的简单组合，而是一种包括物理的、化学的、力学的甚至生物学的相互作用的复杂结合过程，其增强的实质和某些规律，简单概述如下：

（1）粒子增强复合理论 粒子增强复合是将增强粒子高度弥散分布在基体中，使基体主要承受载荷，而增强粒子阻碍导致基体塑性变形的位错运动（金属基体）或分子链运动（高聚物基体）。其强化效果与所含粒子体积、粒子特性、粒子间距离及粒子直径大小有关。一般认为，粒子越小，强化效果越大。但粒子直径过小（≤0.01μm），则近于固溶体结构，不起粒子增强作用；若粒子直径过大（＞0.1μm），容易引起应力集中可能成为裂纹源，反而使强度降低。实践表明，粒子直径在0.01～0.1μm范围内强化效果最好。金属陶瓷、金属细粒与塑料、碳与橡胶、烧结铝等的复合强化均属此列。通常将增强粒子数量大于20％（体积分数）的材料称为粒子增强复合材料，含量较少时，称为弥散强化材料。

（2）纤维增强复合理论 强化效果取决于纤维的强度和弹性模量、纤维的含量、长短、排列方式以及基体本身的特性及两者界面间的物理、化学作用特点。为达到纤维增强的目的，不是任何纤维和基体都能进行复合，它们必须满足下列条件：

增强纤维的强度和弹性模量应远远高于基体。因为在产生相等应变的条件下，弹性模量高的能承受的应力也大。纤维弹性模量高，所以纤维增强材料主要靠纤维承受外加载荷。

纤维和基体之间应有一定的结合强度，这样才能保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂。若结合强度过低，这时纤维毫无作用，犹如在基体中存在大量气孔群，不仅无强化作用，反而使整体强度大大降低：但结合强度也不能过高，因为复合材料受力破坏时，若纤维从基体中拔出，则要消耗能量，就可避免脆性断裂。而过高的结合强度会使纤维不能从基体中拔出，以致发生脆性断裂。所以纤维和基体的结合强度要适中。(www.xing528.com)

纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，才能发挥增强作用。因为纤维增强复合材料是各向异性的非均质材料，沿着纤维方向抗拉强度最高，而垂直纤维方向抗拉强度最低，所以纤维在基体中的排列和成型构件的受力应合理配合。

基体与纤维的热胀系数应当匹配，最好应使纤维材料的热胀系数略高于基体，这样可使复合材料中纤维处于受拉状态，而基体处于受压状态。

纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应。

纤维所占的体积分数、纤维长度L和直径d及长径比L/d等必须满足一定要求，一般纤维所占的体积分数越高、纤维越长越细，增强效果越好。