模量是復(fù)合材料在不斷增加的應(yīng)力情況下的彈性的量度。換句話說，模量表示復(fù)合材料層壓板會(huì)移動(dòng)或彎曲多少。這定義并表征了復(fù)合材料在加載和變形方面的剛度和剛性，為設(shè)計(jì)高性能復(fù)合材料之間的一切或簡(jiǎn)單地使您的下一個(gè)復(fù)合材料設(shè)計(jì)更有效提供了基本構(gòu)件。該模量取自固化復(fù)合材料或材料樣品。

某些材料的彈性模量可能很高，用眼睛就能輕易看到。例如，拿一根橡皮筋，用手對(duì)其施加力。當(dāng)材料受到負(fù)載時(shí)，橡皮筋很容易拉伸。在最終斷裂之前，它可能會(huì)拉伸到原始長(zhǎng)度的 10 倍。大多數(shù)復(fù)合層壓板處于模量譜的另一端，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧罱K斷裂之前通常不會(huì)彎曲太多。用碳纖維、凱夫拉或玻璃纖維制成的傳統(tǒng)復(fù)合材料通常與鋁、鋼或混凝土等材料進(jìn)行比較，因?yàn)樗鼈儾幌裣鹉z、尼龍或 ABS 等更具延展性或塑料性質(zhì)的材料那樣彎曲或變形。一些復(fù)合層壓板設(shè)計(jì)為低模量，在受到?jīng)_擊時(shí)會(huì)彎曲，例如漂移車車身面板吸收能量并在撞到墻壁后神奇地“彈回”原位。其他則采用超高模量碳纖維設(shè)計(jì)，在需要加固時(shí)提供無與倫比的剛度。

復(fù)合層壓板或結(jié)構(gòu)的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)或彎曲試驗(yàn)很好地說明了模量是什么以及它為什么如此重要。這種復(fù)合層壓板樣品的破壞性試驗(yàn)測(cè)量了隨著負(fù)載隨時(shí)間增加而產(chǎn)生的變形。樣品復(fù)合材料受到測(cè)量的增加應(yīng)力（負(fù)載），同時(shí)測(cè)量材料的變形。隨著應(yīng)力的增加，材料會(huì)變形，直到失效或斷裂。然后將信息轉(zhuǎn)換為類似于應(yīng)力/應(yīng)變曲線的圖形。

記錄的抗彎強(qiáng)度是樣品開始斷裂前施加的最大應(yīng)力。模量則簡(jiǎn)單地定義為該極限強(qiáng)度除以變形量。模量也表示為應(yīng)力/應(yīng)變曲線的斜率。斜率越陡，表明高模量層壓板越硬，越“脆”，而斜率越平緩，表明層壓板剛性越小，越“塑性”。

表面上看，彎曲模量相當(dāng)簡(jiǎn)單。除了模量之外，這些測(cè)試還揭示了復(fù)合材料樣品的失效機(jī)制，并進(jìn)一步從分子水平上解釋了纖維和樹脂的化學(xué)性質(zhì)。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮模數(shù)

復(fù)合材料是織物和樹脂之間共享特性的混合物。每種材料的選擇都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及其模量產(chǎn)生影響。以下是決定您是獲得高模量還是更柔韌的復(fù)合層壓板的一些因素。這可能有助于讓您的下一個(gè)零件設(shè)計(jì)有效地滿足您的需求。

纖維類型和方向

在選擇使用碳纖維、凱夫拉纖維、玻璃纖維還是混合織物時(shí)，重要的是查看復(fù)合材料的典型機(jī)械性能的技術(shù)信息并將其與其他選擇進(jìn)行比較。層片取向?qū)τ趯?shí)現(xiàn)任何復(fù)合材料所需的剛度特性至關(guān)重要，因?yàn)槠胶獾匿亴訉?duì)于通過層壓板的橫截面實(shí)現(xiàn)一致的機(jī)械性能至關(guān)重要。添加單向增強(qiáng)層將增加層壓板在鋪層方向上的剛度。

碳纖維無疑是提供剛度和強(qiáng)度的最佳增強(qiáng)材料。它將保持尺寸穩(wěn)定性直至失效。雖然碳纖維的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過極限強(qiáng)度，但它的剛度可與鋁媲美。唯一的缺點(diǎn)是碳纖維會(huì)在沒有太多警告的情況下突然失效，通常是災(zāi)難性的。

凱夫拉纖維以吸能著稱，但在某種程度上與剛性相反，因?yàn)樗膭傂灾挥刑祭w維的一半。與使用相同樹脂的碳纖維相比，凱夫拉纖維層壓板的彎曲度要大得多。因此，凱夫拉纖維通常是漂移車車身面板等應(yīng)用中的首選材料，在這些應(yīng)用中，擋泥板需要吸收突然的能量。當(dāng)與柔性樹脂搭配使用時(shí)，部件會(huì)經(jīng)受住沖擊，然后碎裂并需要更換。

就相對(duì)剛度而言，玻璃纖維的模量最低。當(dāng)使用玻璃纖維進(jìn)行設(shè)計(jì)以提高剛度時(shí)，需要更多的織物來提供堅(jiān)硬的層壓板。然而，當(dāng)將預(yù)算和剛度進(jìn)行比較時(shí)，玻璃纖維的成本因素仍然使其成為一種很好的織物選擇，因?yàn)樗?jīng)常被添加到塑料中以增強(qiáng)部件的剛度和強(qiáng)度。

混合 織物通常有助于利用一種纖維的最佳特性來補(bǔ)充另一種纖維；眾所周知，碳纖維/凱夫拉纖維混合物可以為復(fù)合材料增加柔韌性，凱夫拉纖維為碳纖維提供了強(qiáng)化骨架。它還可用于汽車工業(yè)，用于制造前保險(xiǎn)杠等部件。

樹脂

環(huán)氧樹脂在強(qiáng)度和剛度方面通常具有最高的性能。雖然大多數(shù)環(huán)氧樹脂都是根據(jù)工藝（層壓、灌注、預(yù)浸料等）配制或設(shè)計(jì)的，但樹脂的主要目的是有效“利用”織物的特性以滿足所需的要求。

關(guān)于模量，有些樹脂具有增強(qiáng)的剛度能力，而另一些則專為能量吸收和靈活性而設(shè)計(jì)。

眾所周知，聚酯樹脂對(duì)玻璃纖維的潤(rùn)濕性非常好，是一種性價(jià)比極高的復(fù)合材料部件基體。然而，聚酯樹脂的剛度不如配方環(huán)氧樹脂。

核心的增加也將顯著提高模量，為任何復(fù)合結(jié)構(gòu)增加相當(dāng)大的剛度。