玻璃钢
2007年第1期
不断更新我们破坏材料的方法
——复合材料性能试验的过去、现在和未来
姚
辉译
张汝光校
（上海玻璃钢研究院，上海201404）
人物介绍
DonaldF.Adams博士是怀俄明试验夹具公司（犹他州盐湖城市）的总裁和创始人，他拥有工程力学的本科和硕士学位，还有一个理论和应用力学的博士学位。他于1972年加入怀俄明大学，指导复合材料研究小组工作了27年，直至1999年退休。
关于复合材料的性能测试有一句多年的谚语：制作材料，再破坏材料（makethemandbreakthem）。假设我们复合材料的制作技术已经掌握的很好，接下来便是如何破坏它。复合材料领域的技术工作者围绕这个问题已经进行了50多年的探索。
复合材料工业开始注重材料试验始于20世纪50年代，当时使用的纤维主要是E－玻纤，制造技术以丝束缠绕为主。因此，许多早期的试验方法是关于管子、环及其部件。大家都知道，痛苦的是常规金属材料的试验方法对复合材料并不适用，所以当时没有多少标准如ASTM或MIL-STD标准、官方报告、企业的文献或其他资料来借鉴。当时业内工作者普遍呼吁“有一天我们得组织起来。”
然而这一天却迟迟没有到来，主要因为目标一直在变，E－玻纤之后很快又出现了S－玻纤，硼纤维，碳纤维，芳纶纤维（如DuPont的Kevlar），聚乙烯材料纤维等等。在60年代，尤其是碳纤维性能的改善给复合材料试验界带来了震荡。每一种纤维的改善都会带来新的试验方法问题，常会导致已经建立的方法已不适用，从而需要建立与之相适应的全新的试验方法。
相对而言，20世纪70年代是一个相对平静的时期，大家都在学习如何在工业和航空领域使用已经成熟的低模量碳纤维/环氧复合材料。其在运动器材上的应用，特别是高尔夫球杆，当时特别突出。
这一平静使随后十年对比起来显得活跃了。特别是前10年已经持续发展，但其推广滞后的新的聚合物基体材料突然在市场上大量涌现。在80年代，过去的环氧、聚酯还有酚醛基体材料，突然加入了增韧环氧、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、高温热塑性塑料（PEEK,PPS,PAS），还有乙烯基酯等品种。越来越多的用户重视对损伤容限和抗冲击性能特
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性的表征，带动了新的试验方法的发展，以评估“缺陷的影响”——当时人们关注的话题。结果是制订了开孔拉伸，开孔压缩和受冲击后的压缩等试验方法标准。要得到更有韧性的复合材料的愿望促使大家对断裂力学的了解更加深入，随之也产生了新的试验方法。
我们对聚合物基复合材料的吸水对其性能的影响有了进一步的了解，同样对复合材料在压缩载荷下的响应——材料的一种基本性能，它虽然很重要，但尚未研究透彻。以前，简单的假设复合材料的压缩强度和刚度与拉伸的相同。这个假设对于刚度是成立的，但对于强度并不完全正确。对压缩强度更好的了解和表征的重视又促使产生了新的试验方法。
这种永不停息的情况仍然会继续。然而重要的是自从90年代起业界努力吸收技术大发展的成果，以发展试验方法。时近2006年底，我很高兴的向大家报告，我们已经向那个目标迈进了一大步。当然我们也受益于这段时期内没有出现太多新的复合材料技术，或者至少说能立即转化为商业产品的新技术不是很多。
那么我们现在状况如何？由于80年代的震荡对复合材料的应用有所抑制，制造商和商业组织则在制定内部标准上做了很多努力。可以理解，这些标准常会受到授权组织利益的强烈影响，并有时强加于它们以外的其他组织。早期的这些组织主要是与航空相关的，因为航空是对结构性能要求最高的领域。但是近年来汽车工业开始活跃起来，民用建筑的基础工程界也一直在加强他们的参与，最后整个复合材料行业都从这些努力中受益。例如，由这些特殊的利益集团制定的许多标准现在已成了ASTM标准，每个人都可以用。
复合材料试验方法的未来将会怎样呢？新的材料发展，如纳米复合材料等，很可能会引起新的震荡，其结果需要制定独特的新试验方法。但在那些到来之前，我们可以尽情享受现在。
用于天然纤维复合材料的偶联剂
瑞士Clariant的颜料&助剂部门正在推出一种用于天然纤维填充聚合物复合材料的增粘剂LicocenePPMA52TP。据称它所提供的增粘性可提高最终产品的力学性能。这种增粘剂或增容剂是为天然纤维混合聚丙烯开发的，以聚丙烯蜡为基体，用马来酸酐接枝，可取代Licomont
AR504，它的形状有细颗粒状和颗粒状。
它是用金属茂催化制造，此工艺由Clariant开发，可精确确定聚烯烃蜡的物理性能。偶联剂的极性酸酐基团和非极性蜡成分使之在极性的天然或木纤维和非极性聚合物基体之间形成坚固的连接，提高了纤维和基体间的粘接。
此产品将在2月奥地利维也纳举行的木塑复合材料展会发布。（http://pa.clariant.com）
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