纺织复合材料整理

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
聚对苯二甲酰对苯二胺 Kevlar Technora 芳纶1414
聚间苯二甲酰间苯二胺 Nomex Conex 芳纶1313
结构:由酰胺键连接的由芳香族基团组成的线型合成高分子。
大分子链中以芳香基取代脂肪基,链的柔性减小,刚性增大,反映在纤维 的性能方面是其初始模量和耐热性显著增大,并具有优异的韧性。
时间、固化温度、增粘等,不同工艺应选用不同型号树脂。
手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、 缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
4.2热固性树脂基体 一、环氧树脂(Epoxy Resin)
1. 定义:凡是含有两个或两个以上环氧基 物统称为环氧树脂。 的高聚
环氧基团的特点:具有强化学活性,可与多类物质(固化剂) 发生开环、交联反应,形成不溶不熔的三维网状结构。
非氧化物陶瓷等。
陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物,其键合为共价键或 离子键,与金属不同,它们不含有大量电子
陶瓷基体材料的优点:
一般而言,陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度,化学性质非常稳定, 耐热性、抗老化性皆好。
通常的陶瓷是绝缘体,在高温下也可以导电,但比金属导电性差得多。
缺点:
引起不可预测的灾难性后果,因而大大限制了陶瓷作为承载结构材料的 应用。
固化收缩性低:环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过加成来
进行的,没有水或其他挥发性副产物放出。它和酚醛、不饱和聚 酯树脂相比,在固化过程中显示出很低的收缩性(小于2%)。 由于固化反应没有挥发性副产物放出,所以在成型时不需要高压 或除去挥发性副产物。 粘附力强:环氧树脂中固有的极性羟基和醚键的存在,使其对 各种物质具有很高的粘附力。而环氧树脂固化时收缩率低也有助 于形成一种强韧的、内应力较小的粘合键。
复合材料的定义
国际标准化组织对复合材料的定义:由两种以上在物理和化 学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料。
《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下: 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材 料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料 的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。
材料。
预型件(Preform):利用纺织工艺方法铺设纤维,成为纺织 结构复合材料的预先成型件,是复合材料的骨架。

二、纺织结构复合材料的特点(优越性)
纺织结构复合材料具有整体性,各方向的性能都较好, 提高了抗损伤及沿厚度的性能。
克服了层板复合材料层间性能低、易分层而引起冲击损伤容限差和 沿厚度的性能弱的缺点。例如,碳化硅纤维三维编织物增强玻璃整 体结构复合材料的发动机叶片的沿厚度强度,是复合材料层板叶片 的10倍(从3MPa增至30MPa)。
UHMPE等);
碳纤维(Carbon fiber, CF) 玻璃纤维Glass Fiber(GF)
高模聚乙烯(UHMPE)纤维
纤维增强体的分类:
碳纤维
碳纤维(Carbon fiber, CF):纤维状的炭材料,其化学组 成中碳元素占总质量的90%以上。
碳纤维的分类:
碳纤维的制造方法:
碳:金刚石、石墨等同素异形体。
1. 引入轴向伸直纱线,得到三维五向织物,使最终材料的性能 尤其是轴向性能更为优异。 2. 编织形状种类多,几乎可编制任何横截面形状的三维织物。 3. 运动较简单,运动零件少,便于实现自动化生产。
基体材料的分类
基体材料主要包括以下三种:
金属基体材料、陶瓷基体材料和聚合物基体材料
金属基复合材料中,基体主要是各种金属或金属合金。金
脆性强,韧性差,很容易因存在裂纹、空隙、杂质等细微缺陷而破碎,
近年来的研究结果表明,在陶瓷基体中添加其它成分,如陶瓷粒子、
纤维或晶须,可提高陶瓷的韧性。粒子增强虽能使陶瓷的韧性有所提高, 但效果并不显著。

聚合物基体材料
定义:聚合物基体材料一般指以有机高分子聚合物为主体,
在一定的温度和压力下可塑制成型的合成材料。 除了以有机高分子为主体以外,还加入:
—— 不溶(尚未找到溶剂)、不熔(3800K以上直接升华)
制造碳纤维: 碳化法:高分子纤维——碳化——碳纤维 气相生长:低分子烯烃气体、氢气——高温热解——沉积、生长
碳纤维的特性:
高强度,高模量; 密度小; 热性能好; 单丝细,复丝不匀率低; 耐腐蚀; 导电性能优异; 耐辐射; 脆性材料,不耐剪切; 抗氧化性能差; 破坏前无预报;
属与合金的品种繁多,目前用作金属基体材料的主要有铝及铝 合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅、 钛铝金属间化合物等。
陶瓷基体材料
传统的陶瓷是指陶器和瓷器,也包括玻璃、水泥、搪瓷、砖
瓦等人造无机非金属材料。 随着现代科学技术的发展,出现了许多性能优异的新型陶瓷, 它们不仅含有氧化物,还有碳化物、硼化物和氮化物等。 常用的陶瓷基体主要包括:玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、
可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联,从
而获得更优越的性能,与一般材料的简便混合有本质区别。

复合材料的组成、各部分的作用;
增强材料(分散相):作为骨架材料,承担主要载荷; 基体材料(连续相):将增强材料粘合在一起,使之免受摩 擦、均匀分布,达到材料成型的目的,均衡和传递构件所承 受的载荷; 界面相:复合材料不同相间的界面附近由于复合过程中极其 复杂的物理和化学变化而形成的既不同于基体相、也不同于 增强相性能的区域。
4.环氧树脂的特点 力学性能优异:固化后环氧树脂体系具有优良的力学性能。 电性能:固化后的环氧树脂体系在宽广的频率和温度范围内具 有良好的电性能。它们是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐
电弧的优良绝缘材料。
化学稳定性能:通常,固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱 性、耐酸性和耐溶剂性,化学稳定性取决于所选用的树脂和固化

复合材料的分类
复合材料的分类方法——很多,常见的分类方法有以下几种:
按用途分类—— •结构复合材料:利用复合材料的良好力学性能,用作各种 结构件。 •功能复合材料:利用复合材料的物理、化学和生物学的功 能作为主要用途。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致 变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料,具 有广阔的发展前途。 未来的功能复合材料比重将超过结构 复合材料,成为复合材料发展的主流。 按基体材料分类—— •聚合物基复合材料(热固性、热塑性树脂、橡胶) •金属基复合材料(铝、钛、镁) •陶瓷基复合材料 •水泥基复合材料 •碳基复合材料
按增强材料种类分类—— •玻璃纤维复合材料 •碳纤维复合材料 •有机纤维复合材料(芳纶、UHMPE、PBO等) •金属纤维复合材料(钨丝、不锈钢丝) •陶瓷纤维复合材料(硼纤维、碳化硅纤维) •混杂纤维复合材料(两种以上纤维)
按增强相材料形态分类—— •颗粒、薄片增强复合材料 •晶须增强复合材料 •短纤维复合材料(杂乱或有一定取向) •连续纤维复合材料 •织物(二维、三维)增强复合材料
酯等):它们在制成最终产品前,通常为分子量较小的液态或固
态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不 熔的三维网状高分子,这类基体通常是无定形的。
聚合物基体分类 按树脂特性及用途分为: 一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分: 不同的成型工艺对树脂的要求不同,如粘度、适用期、凝胶
高强的优越性。
可制造形状复杂和尺寸大的构件,降低成本。
制造单层复合材料和手糊复杂形状的构件,需要较长的制作周期,消耗较
多的原材料和能源。纺织结构复合材料的模压整体成型能节约成本,特别 是三维纺织复合材料。例如,飞机上的玻璃纤维缝合织物增强复合,材料 的外形复杂的整流罩,比沿用的产品大大减少了皱稻及降低成本75%。
四步法三维编织物
h—— 编织节长(花节长度),经过一个编织循环后所增加的编织物长度。 α——表面纱线倾斜角, 直接在编织物表面测量出的纱线倾斜角。 β——表面纱线方向角, 编织物表面纱线与织物前进方向的夹角。 γ——(内部)纱线方向角, 编织物内部纱线与织物前进方向的夹角。
二步法三维编织物
两步法三维编织物的优点:
环氧当量:环氧树脂最重要的特性指标,表征树脂分子中环氧 基的含量,环氧当量是指含有1mol环氧基的环氧树脂的质量克 数。 环氧值:100g环氧树脂中环氧基的摩尔数。
环氧树脂的特点
形式多样:各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种 应用,其范围可以从极低的粘度到高熔点的固体。 固化方便:选用不同的固化剂,环氧体系几乎可以在0~180℃ 温度范围内固化。
PAN基碳纤维的制造方法:
预氧化 PAN原丝 碳化 石墨化
预氧丝
碳纤维
石墨纤维
碳纤维的应用:
长丝复丝及织物:用作复合材料的增强材料。 三大应用领域:航空航天材料、体育器材、其他工业。
短纤维及毡:绝热材料、填充材料、过滤材料、催化剂载体等
活性碳纤维:吸附材料,废水废气处理。

芳香族聚酰胺纤维(Aramid 芳纶)
增加塑性的增塑剂
改变表面性能的润滑剂 防止受光热影响的稳定剂 色料和填料等配合剂。 主要特点:
密度小;强度比较高;具有良好的机械性能、电性能、光
性能和化学稳定性。
聚合物基体分类:
按树脂热行为分:热固性及热塑性两类。
热塑性基体(如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚 醚酮等):线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工 成型而无任何化学变化。 热固性基体(如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚
剂。适当地选用环氧树脂和固化剂可以使其具有特殊的化学稳定
性能。 尺寸稳定:上述的许多性能的综合,使固化环氧树脂体系具有 突出的尺寸稳定性和耐久性。
热固性树脂基体

一、环氧树脂(Epoxy Resin)
的高聚物统称为环氧树脂。
定义:凡是含有两个或两个以上环氧基

二、不饱和聚酯树脂
键的一类树脂。
定义:由不饱和二元酸(或酸酐)与多元醇 缩聚而成的,在聚酯链中存在着不饱和双
合理的设计和工艺保证了结构件的强度和韧性。
通过增强件、基体和界面的合理配臵,使纺织复合材料成为同时具有强度
和韧性的结构复合材料。三维纺织复合材料可整体成型复杂件,防止了由 个别层板结构组合构件时出现皱褶,同时也避免了在粘结、螺接和共固化
中造成的工艺损伤,从而提高了受力的性能,使纺织复合材料更具有轻质、
应Biblioteka Baidu:芳纶1414:帘子线;防弹服装;航空航天复合材料。
芳纶1313:航空飞行服,宇航服,绝缘服,消防服,高 温下的过滤布、滤带等。
纺织复合材料的概念
广义上:纺织复合材料是指采用纤维或纤维制品为增强材料的 复合材料。 狭义上:纺织复合材料特制采用纺织方法尤其是三维织造方法
获得具有整体结构的预型件,并与基体材料复合所获得的复合
可用作增强材料的织物
机织、针织、编织、层合片和非织造布等结构
三维织物与传统二维织物的区别:
纱线交织方向数不同:纱线交织方向数是三或三以上。 织物厚度不同:统织物较薄,是单层或两层及两以上层数的织物; 三维织物较厚,织物层数可达几十层。 纱线状态不同:三维织物内部的纱线往往是伸直的,在织物表面 发生大的屈曲和转向;多采用不加捻的长丝,且主要由高性能纤维 进行织造。 织物形状复杂程度不同:传统织物是平面的织物,形状简单。立 体织物是圆筒形、方形、矩形、T形、工字形等断面的织物。 用途不同:一般立体织物是与其它材料如树脂等复合成高性能的 复合材料。

三、酚醛树脂(Phenol Resin)
(1910年,德国Bakelite)的合成高分子材料。
定义:酚醛树脂是酚类与醛类在催化剂作用下形成树脂的统称。它是工业化最早

4.3 热塑性树脂基体 一、结构与种类
热塑性聚合物——是指具有线型或支链型结构的有机高分子化
合物。这类聚合物是线形或有支链的固态高分子,可溶可熔, 可反复加工成型而无任何化学变化。热塑性聚合物在软化或熔 化状态下,可以进行模塑加工,当冷却至软化点以下能保持模 塑成型的形状。
复合材料的特点
•性能优越:比强度、比模量、轻质、耐疲劳、减震性好、 抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等; •功能多样:可综合发挥各种组成材料优点,使一种材料具 有多种功能;
•可设计性:可按对材料性能需要进行材料的设计和制造;
•一次成型:可制成所需要任意形状产品,避免多次加工工 序。
常用增强纤维的种类(GF, CF, Kevlar,
相关文档
最新文档