聚合物基复合材料-性能

117
185 203
212 129
(MPa)
204
182
188
193
230
压缩模量 5.7
11.2
15.7
7.4
12.7
(GPa)
5.7
7.2
6.7
12.3
7.6
8.3
15.1
7.3
7.1 12.3
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层
璃 璃 璃 璃 璃璃 布 毡 布 布 毡布
双向FRP其纤维方向的主弹性模量大约是单向FRP的 0.50~0.55倍；随机纤维增强FRP近似于各向同性，其弹性模量 大约是单向FRP的0.35~0.40倍。
E-42环氧FRP不同方向的拉伸性能
性能 0º
比例极限 178
拉伸强度 (MPa)
破坏强度
269
离散系数 12.6
弹性模量 E1×10-4 1.67 (MPa) E2×10-4 1.43
10.5~28.0 41 1.53 136 8.5 204 9.0 159 8.5
17.5~70.0 48 1.61 150 8.6 218 9.7 162 8.7
35.0~120.0 50 1.63 156 9.0 227 10.0 163 9.0
12.3.1 FRP的机械性能
1、机械性能的特点 （1）比强度高
板厚(mm)
6
3
2.5
7.5
4.0
角度 0º45º90º0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º
弯曲模量 7.7
13.7 14.7
11.8
13.7
(GPa)
7.7
8.5
7.7
13.4
9.6 15.7
8.6 11.3
8.7 13.1
压缩强度
192 193
156
166
145
(340g/m2)
加压袋成型 玻璃毡
(600g/m2)
热压釜成型 玻璃毡
(600g/m2)
模压成型 玻璃毡 (600g/m2)
成型压力(MPa) 0~0.07 纤维含量(%) 23 51 46
0.84 38 50
密度(g/cm3) 1.52 1.64 1.63 1.50 1.67
拉伸强度(MPa) 81 231 168 130 169
FRP密度为1.4～2.2g/cm3，约为钢1/4~1/5，而强度与一 般的碳素钢相近。因此FRP的比强度很高。 （2）各向异性
明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布增强 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。
（3）弹性模量和层间剪切强度低 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板，其弹性模量与 木材接近。 （4）性能分散性大 FRP的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。
二 四 二 二 四二
层 层 层 层 层层
板厚(mm)
6
3
2.5
7.5
4.0
角度 0º45º90º0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º
剪切强度 97
107
124
99
119
(MPa)
96
113
95
108
136
98
128
99
129 118
拉伸泊松 比
0.319
0.162
0.327 0.396
Questions
• 纤维增强塑料（FRP)的基本性能包括哪些？ • 影响纤维增强塑料（FRP)性能的因素有那些？
举例说明。
12.3 聚合物基复合材料的基本性能
影响纤维增强塑料（FRP)性能的因素：原材料、结构设 计方法及成型工艺。
(1)增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学 稳定性等是决定FRP性能的主要因素;
4百度文库0
角度 0º45º90º0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º
拉伸强度 86
171
207
109
208
(MPa)
84
109
91
175
77 244
85 104
93 204
拉伸模量 8.5 9.1
16.1 19.8
10.2
10.9
11.0
8.7
16.9 10.7
(GPa)
• FRP的基本静态特性包括哪些性能？ • 影响FRP的拉伸特性的因素有哪些？ • 影响FRP的压缩特性的因素有哪些？ • 影响FRP的弯曲特性、剪切特性的因素有哪些？
2. FRP的静态特性
FRP的基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。
(1) 拉伸特性
对于单向增强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均 随纤维体积含量Vf的增大而正比例增加。对于采用短切纤维毡 和玻璃布增强的FRP层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不 与Vf成正比增加，但仍随Vf增加而增加 。
(2)增强材料的含量及其排布方式与方向次之; (3)增强纤维与基体树脂的界面粘结状况
玻璃纤维的构成与FRP的机械性能
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层
璃 璃 璃 璃 璃璃 布 毡 布 布 毡布
二 四 二 二 四二
层 层 层 层 层层
板厚(mm)
6
3
2.5
7.5
延伸率 ε(%) 1.6
9.3
16.9
19.9
10.0
16.7
弯曲强度 137
262
403
199
295
(MPa)
139
206
225
104
211
142
253
407
201
274
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层
璃 璃 璃 璃 璃璃 布 毡 布 布 毡布
二 四 二 二 四二
层 层 层 层 层层
0.313 0.174
0.189
0.266
0.180
0.496
0.408
0.432
0.177
0.268 0.193
增强材料及成型方法和强度的关系
成型方法 性能
增强材料
手糊成型 玻璃毡 (600g/m2) 无捻粗纱布 (900g/m2) 玻璃布 (340g/m2)
真空袋成型 玻璃毡
(600g/m2) 玻璃布
弯管芯模，灰色为圆 环面，绿色为柱面
机器缠绕芯模数个 来回后的纤维分布
导丝头缠绕芯模一 层后的纤维分布
复合材料弯管成品
12 聚合物基复合材料-2 材料的性能
主要内容
• 12.3 聚合物基复合材料的基本性能
– 12.3.1 FRP的机械性能 – 12.3.2 FRP的物理性能 – 12.2.3 FRP的老化性能
拉伸模量(GPa) 6.4 14.4 13.6 6.7 弯曲强度(MPa) 143 190 217 190 弯曲模量(GPa) 5.7 12.7 13.8 8.7 压缩强度(MPa) 118 119 132 157 压缩模量(GPa) 6.5 17.1 17.2 8.1
27.7 247 13.8 148 10.8