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隨著復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展，復(fù)合材料設(shè)計(jì)工程師和復(fù)合材料制造商之間在語(yǔ)言上似乎有點(diǎn)分歧，特別是在如何描述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中纖維與樹(shù)脂的比率上。設(shè)計(jì)工程師指的是纖維/樹(shù)脂的體積比，而復(fù)合材料制造商則根據(jù)結(jié)構(gòu)中纖維與樹(shù)脂的重量比來(lái)討論纖維/樹(shù)脂的比率。

體積比和重量比不是同一回事嗎？不，當(dāng)然不是，但兩者存在一定的關(guān)聯(lián)性。每個(gè)術(shù)語(yǔ)都與工程師或制造商有著非常重要的關(guān)系，而且它們對(duì)最終復(fù)合材料組件的開(kāi)發(fā)也都至關(guān)重要。

本文的討論涉及濕法鋪層技術(shù)，制造過(guò)程中通過(guò)使用濕樹(shù)脂系統(tǒng)（即濕鋪、樹(shù)脂注入過(guò)程和樹(shù)脂注入過(guò)程）浸潤(rùn)纖維。復(fù)合材料的基本性能可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析（測(cè)試）或理論力學(xué)（微觀力學(xué)）來(lái)確定，而從微觀力學(xué)方法則利用復(fù)合材料組分中纖維和樹(shù)脂各自的性能，以及層壓板中纖維與樹(shù)脂比例來(lái)計(jì)算?；旌弦?guī)則法最適合用于推導(dǎo)復(fù)合材料層合板的大多數(shù)性能。例如，層壓板軸向模量可通過(guò)以下公式計(jì)算：

Ex = EfVf + EmVm

其中，Ef是纖維的彈性模量；Em是基體（樹(shù)脂）彈性模量；Vf是纖維體積比；Vm是基體體積比；Vf+Vm=1，零空隙。

當(dāng)使用干態(tài)纖維（粗紗或布形式）制造復(fù)合材料，需將液態(tài)樹(shù)脂倒在纖維上時(shí)，需要正確的纖維和樹(shù)脂重量比。例如，所謂的60:40是指需要60％的纖維重量與40％的樹(shù)脂重量的比率。測(cè)出樹(shù)脂的重量，然后倒在纖維上并加工成預(yù)浸料，這被稱(chēng)為潤(rùn)濕纖維。

纖維體積比與重量比的關(guān)系

盡管纖維重量比很容易通過(guò)簡(jiǎn)單的稱(chēng)重來(lái)確定，但纖維體積比卻很難確定。通常，采用ASTM測(cè)試方法，該方法需要銷(xiāo)毀少量樣品。但是，纖維體積比的測(cè)定可以從纖維/樹(shù)脂重量比計(jì)算得出。詳細(xì)計(jì)算步驟如下：

1、纖維重量是基于面積重量和已知或已測(cè)的平面面積；

2、加工后，測(cè)量復(fù)合層壓板材料的重量；

3、樹(shù)脂重量是復(fù)合材料重量和纖維重量之間的差：樹(shù)脂= Wcomposite – Wfibre

4、從原料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)中，獲得纖維和樹(shù)脂系統(tǒng)的密度。（如果無(wú)法從供應(yīng)商數(shù)據(jù)中獲得，則可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定密度。）

5、現(xiàn)在計(jì)算復(fù)合材料中纖維的體積：Vfibre=Wfibre/ρfibre；

6、然后確定纖維/樹(shù)脂重量比和纖維/樹(shù)脂密度比；

7、計(jì)算纖維/樹(shù)脂的體積比：（Vfibre/Vresin）=（Wfibre/Wresin）（ρfibre/ρresin）；

8、計(jì)算復(fù)合材料中的基體樹(shù)脂體積比：Vm=1/{1+（Vfibre/Vresin）}；

9、最終計(jì)算復(fù)合材料中的纖維體積比：Vf=1-Vm-Vvoids。

示例計(jì)算如下所示：

使用上述建立的函數(shù)關(guān)系，可以為所需的纖維體積比估計(jì)所需的纖維與樹(shù)脂的重量比。然后，這將為實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料所需的工程性能提供更可靠的方法。重新排列較早的方程式將給出以下設(shè)計(jì)表達(dá)式：

例如，如果所需的纖維體積比為60％，則使用密度比為2.0的玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)時(shí)，纖維/樹(shù)脂的重量比為75:25。而使用密度比為1.425的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂體系則要求纖維/樹(shù)脂的重量比為68:32。最后，對(duì)于密度比為1.142的芳綸纖維/環(huán)氧樹(shù)脂體系，纖維/樹(shù)脂的重量比為63:38。