电子显微镜检测玻璃纤维聚合物基复合材料夹杂物

缺陷的影响
玻璃纤维根本上是单体、线弹性的脆性材料，其高强度依赖于
没有瑕疵和缺陷。这些缺陷以亚微观的夹杂和裂纹形式出现。通常
可用电子扫描显微镜看到这些夹杂物，但是却很难发现足以使强度
显著降低的“裂纹”，因为其尺寸是纳米级的。然而，当查看断裂
表面时，缺陷的原点的确是明显可见的，因为扩展始于呈平坦(镜)
表面的缺陷区，并在扩展加速时由这个区域转换成锯齿形的表面。
由于与其他纤维摩擦，市场供应的玻璃纤维特别容易形成缺陷
，导致其强度比实验室条件下试验的原纤维低20％。
拉伸强度大概主要取决于表面层内的组成、结构及内应力，而
所有这些均与内部的结构有明显的差异，这部分是由高冷却速率所
致。虽然这表面层只有纳米级的厚度，但对于大于2GPa的高强度纤
维，却与制约其强度的缺陷尺寸相当。通常，表面缺陷对降低强度
的影响与具有双倍长度的内部缺陷相似。
潮湿环境会降低玻璃纤维在持续载荷下的强度，因为缺陷表面
吸收的水分降低了表面能，促进其扩展到临界的尺寸。玻璃纤维的
这种现象叫做静疲劳。
当把玻璃纤维用于聚合物基复合材料中时，其强度要进一步下
降约50％。然而，这种下降并非明显可见的。本来，纤维束的基距
长度是纤维束的长度，然而，由于载荷由基体传来，对于复合材料
这种基距长度只有1哪的量级，这取决于纤维的直径和纤维／基体
的黏结强度。如果复合材料暴露在潮湿环境下，其强度可能会进一
步降低，因为从聚合物中浸出的组分可能使纤维表面形成酸性的或
碱性的状态。