复合材料作业
《复合材料》导学案+课时作业
第3节 复合材料[学习目标] 1.能根据使用需求选择适当的复合材料,能解释使用注意事项,并能科学合理使用。
2.知道复合材料是由增强体和基体组成,能列举几种常见的复合材料在生产、生活和航天航空中的主要应用。
1.复合材料 (1)复合材料的定义将□01两种或两种以上性质不同的材料经□02特殊加工而制成的材料称为复合材料。
(2)复合材料的组成①基体:在复合材料中起□03黏结作用。
②增强体:在复合材料中起□04骨架作用。
(3)复合材料的性能复合材料既保持了原有材料的特点,又使各组分之间协同作用,形成了优于原材料的特性。
一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能。
(4)复合材料的分类①按基体分类⎩⎪⎨⎪⎧□05树脂基复合材料□06金属基复合材料□07陶瓷基复合材料②按增强体的形状分类⎩⎨⎪⎧□08颗粒增强复合材料□09夹层增强复合材料□10纤维增强复合材料2.形形色色的复合材料(1)生产、生活中常用的复合材料(2)航空、航天领域中的复合材料形形色色的复合材料[交流研讨]建筑上广泛使用的钢筋混凝土是把钢筋包在按一定比例混合而成的沙子、水泥和石子中,其强度大,耐腐蚀、硬度大,你分析一下其结构组成是复合材料吗?其基体和增强体各是什么?有什么优点?提示:是复合材料,其基体是起黏结作用的沙子、水泥和石子,增强体是起骨架作用的钢筋;具有强度大、耐腐蚀、成本低等优点。
[点拨提升]1.玻璃钢和钢化玻璃的比较2.材料的分类知识拓展无机非金属材料、金属材料、复合材料的比较无机非金属材料、金属材料、复合材料是组成不同的三种类型的材料,各自具有其独特的性能。
[练习与活动]1.材料是时代进步的重要标志。
下面有关材料的说法中正确的是()A.合金、玻璃钢都属于金属材料B.水泥、玻璃钢、汽车轮胎都是常见的复合材料C.玻璃钢是玻璃纤维做增强体,钢做基体的复合材料D.玻璃属于硅酸盐材料答案 D解析合金属于金属材料,玻璃钢是复合材料,所以A错误。
复合材料作业玻璃纤维增强环氧树脂
复合材料作业玻璃纤维增强环氧树脂引言:玻璃纤维增强环氧树脂是一种常见的复合材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成。
它在航空航天、汽车工程、建筑等领域具有广泛的应用。
本文将介绍玻璃纤维增强环氧树脂的制备方法、性能特点以及应用领域。
一、制备方法:玻璃纤维增强环氧树脂的制备主要包括以下几个步骤:1.玻璃纤维预处理:将原始玻璃纤维进行处理,去除杂质和表面粘结剂,使其表面更容易与环氧树脂结合。
2.玻璃纤维浸渍:将经过预处理的玻璃纤维浸入环氧树脂中,使其充分浸渍,以增强纤维与环氧树脂的结合强度。
3.复合材料成型:将浸渍了环氧树脂的玻璃纤维进行成型,可以采用压模、注塑、纺丝等方法。
4.固化处理:通过加热或添加固化剂等方式使环氧树脂发生固化反应,从而形成坚固的复合材料。
二、性能特点:玻璃纤维增强环氧树脂具有以下几个性能特点:1.高强度:玻璃纤维的强度高,能够有效增强复合材料的强度,增加材料的承载能力。
2.轻质:相比于金属材料,玻璃纤维增强环氧树脂具有较低的密度,使得制品更加轻巧,有助于提高机械设备的工作效率。
3.耐腐蚀性:玻璃纤维增强环氧树脂具有良好的耐腐蚀性能,可以在潮湿、酸碱等恶劣环境中长期使用。
4.耐热性:环氧树脂的耐热性较好,可以在一定范围内承受高温环境。
5.绝缘性:由于环氧树脂具有良好的绝缘性能,玻璃纤维增强环氧树脂常被用作绝缘材料。
三、应用领域:玻璃纤维增强环氧树脂具有广泛的应用领域,主要包括以下几个方面:1.航空航天领域:玻璃纤维增强环氧树脂可以用于制造航空器的机身、翼面、尾翼等部件,其轻质高强的特点可以提高航空器的飞行性能。
2.汽车工程:玻璃纤维增强环氧树脂可以用于汽车车身、座椅等部件的制造,其高强度和轻质特点可以提高汽车的安全性和节能性。
3.建筑领域:玻璃纤维增强环氧树脂可以用于建筑结构的加固和修复,如桥梁、楼梯等,其耐腐蚀性和耐久性可以延长结构的使用寿命。
4.电子工程:玻璃纤维增强环氧树脂可以用于制造电子产品的外壳、底座等部件,其绝缘性能可以保护电子元器件的安全运行。
复合材料力学上机编程作业(计算层合板刚度)要点
复合材料力学上机编程作业学院:School of Civil Engineering专业:Engineering Mechanics小组成员信息:James Wilson(2012031890015)、Tau Young(2012031890011)复合材料力学学了五个星期,这是这门课的第一次编程作业。
我和杨涛结成一个小组,我用的是Fortran编制的程序,Tau Young用的是matlab编制。
其中的算例以我的Fortran计算结果为准。
Matlab作为可视化界面有其独到之处,在附录2中将会有所展示。
作业的内容是层合板的刚度的计算和验算,包括拉伸刚度A、弯曲刚度D以及耦合刚度B。
首先要给定层合板的各个参数,具体有:层合板的层数N;各单层的弹性常数E1、E2、υ21、G12;各单层对应的厚度;各单层对应的主方向夹角θ。
然后就要计算每个单层板的二维刚度矩阵Q,具体公式如下:υ12=υ21E2E1;Q11=E11-υ12υ21;Q22=E21-υ12υ21;Q12=υ12E1; 1-υ12υ21Q66=G12得到Q矩阵后,根据课本上讲到的Q=(T-1)TQ(T-1)得到Q。
然后根据z坐标的定义求出z0到zn,接下来,最重要的一步,根据下式计算A、B、D。
n⎧⎪Aij=∑(Qij)k(zk-zk-1)k=1⎪⎪1n22⎨Bij=∑(Qij)k(zk-zk-1) 2k=1⎪⎪1n33⎪Dij=∑(Qij)k(zk-zk-1)3k=1⎩一、书上P110的几个问题可以归纳为以下几个类型。
第 1 页共 1 页(4)6层反对称角铺设层合板(T5-10)第 2 页共 2 页(5)我还想验证一个书上的例题,在课本P114。
三层层合板,外层厚度t1,内层10t1,正交铺设比m=0.2,。
二、验证Verchery的论文里给出的数值算例。
这里一直到Table5的数据都是从Verchery的论文中截获。
Verchery论文中的18层序列,第(21)式【laminates without bending-extension coupling】的排列有两种材料,一种是Boron-Epoxy,一种是Glass-Epoxy。
复合材料力学设计作业1
1、为什么结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维?2、简述树脂基复合材料的优点和缺点?3、为什么新一代客机中复合材料用量会大幅提高?其复合材料零部件主要用到复合材料的哪些优点?4、为什么卫星中采用了较多的复合材料?答:1、利用复合材料的各种良好的力学性能用于制造结构的材料,称为结构复合材料,它主要有基体材料和增强材料两种组分组成。
其中增强材料承受主要载荷,提供复合材料的刚度和强度,基本控制其力学性能;基体材料固定和保护增强纤维,传递纤维间剪力和防止纤维屈曲,并改善复合材料的某些性能。
用以加强制品力学性能或其他性能的材料,在橡胶工业中又称补强剂。
分纤维状和粒状材料两种。
增强材料的增强效应取决于与被增强材料的相容性,为增进相容能力,有些增强材料在使用前需要进行表面处理。
对粒状增强材料,尚需考虑其表面积(决定于粒径、形状和孔隙度)。
据报道,平均粒径在0.2μm以下的增强材料,随粒径的减小,制品的模量、抗张强度、屈服强度和伸长率均有所增加。
平均粒径较大的增强材料,由于粒径分布的不同其结果不一致。
所以,结构力学复合材料力学性能难以控制。
增强材料就象树木中的纤维,混凝土中的钢筋一样,是复合材料的重要组成部分,并起到非常重要的作用。
例如在纤维增强复合材料中,纤维是承受载荷的组元,纤维的力学性能决定了复合材料的性能。
所以说结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维。
2、树脂基复合材料的优点:1)比强度高、比模量大2)耐疲劳性能好3)阻尼减震性能好4)破损安全性好5)耐化学腐蚀性好6)树脂基复合材料是一种优良的电气绝缘材料,电性能好7)树脂基复合材料热导率低、线膨胀系数小,优良的绝热材料,热性能良好。
树脂基复合材料的缺点:1)树脂基复合材料的耐热性较低2)材料的性能分散性大。
3、用复合材料设计的飞机结构,可以推进隐身和智能结构设计的发展,有效地减少了机体结构重量,提高了飞机运载能力,降低了发动机油耗,减少了污染排放,提高了经济效益;复合材料优异的抗疲劳和耐介质腐蚀性能,提高了飞机结构的使用寿命和安全性,减少了飞机的维修成本,从而提高了飞机结构的全寿命期(是指结构从论证立项开始,有设计研制、生产研制、销售服务、使用运行、维护修理,一直到报废处理的整个寿命期)经济性;复合材料结构有利于整个设计与整体制造技术的应用,可以减少结构零部件的数量,提高结构的效率与可靠性,降低制造和运营成本,并可明显改善飞机气动弹性特性,提高飞机性能。
复合材料工厂设计概论作业
1.简述土建设计的内容。
2.厂房设计是如何分类的?
3.柱和梁单层厂房平面设计的内容?
6.产品成本的组成包括哪些方面?
第7章
1.制图时,图纸幅面是如何选择的?
2.制图时,常用的比例有哪些?
3.制图时,字体是如何要求的?
4.图纸上,尺寸的注法是怎样规定的?
5.简述工艺设备表的编制方法?
第8章
1.简述合成树脂生产工艺设计的内容及步骤?
2.简述卷管生产工艺设计中,预浸料生产工艺设计的内容?
3.拉挤成型工艺中,有哪些影响因素,如何控制?
2.工厂总平面图的主要技术指标有哪些?
3.什么是厂区建筑系数、厂区利用系数?
4.复合材料厂由哪些车间组成?
5.平面布置的主要内容有哪些?
6.平面布置的原则有哪些?
7.竖向布置的主要内容有哪些?
8.竖向布置的原则有哪些?
9.什么是复合材料厂运输设计?
10.管线综合布置的内容有哪些?
11.工厂绿化的作用主要有哪些?
第3章
1.厂房的平面布置主要考虑哪些方面要求?
2.厂房的立面布置主要考虑哪些方面要求?
3.设备布置设计应满足哪些要求?
4.简述设备布置设计的步骤。
第4章
1.按工艺方法不同,复合材料制品可分为哪几类?
第5章
1.一般过程物料恒算的步骤是什么?
2.热量恒算方程式是如何定义的?
3.能量衡算的主要任务有哪些?
作业
第1章
1.复合材料厂设计的目的是什么?
2.复合材料厂设计是如何分类的?
3.确定工厂生产规模时应考虑哪些事项?
4.复合材料厂设计的内容包括哪些部分?
5.复合材料厂设计的步骤包括哪些?
聚合物复合材料作业习题
一、选择题1.以下哪一项不是以增强纤维的类型来分类的聚合物复合材料?(C)A、混杂纤维聚合物复合材料B、天然纤维聚合物复合材料C、短纤维聚合物复合材料D、有机纤维聚合物复合材料2.复合材料进入ACM阶段?(D)A、20世纪80年代B、20世纪50年代C、20世纪60年代D、20世纪70年代3.以下说法哪些是正确的?(ABD)A、共混组分的熔体黏度与配比都会对形态产生影响B、当两种组分中有一种含量小于26%时,这一组分一般来说是分散相C、共混体系熔体黏度的提高,一般会增大分散相的平衡粒径D、共混物的形态,可作为共混组分之间相容性的一种表征4.界面结构与性能特点。
(BCD)A、单分子层,形貌十分复杂B、组成、结构形态复杂C、化学成分很复杂D、化学元素很复杂5.天然纤维物理处理的方法有哪些?(ABDE)A、蒸汽爆破处理B、热处理法C、包覆处理法D、机械改性E、低温等离子体处理6.水对玻璃纤维聚合物复合材料及界面的破坏作用有些哪些?(ABCE)A、水的浸入B、对玻璃纤维表面的腐蚀作用C、水对树脂的降解作用D、水溶胀纤维导致界面脱粘破坏E、产生渗透压导致界面脱粘破坏7.芳纶纤维利用等离子体表面处理,哪些说法是正确的?(ABC)A、不需加入引发剂、溶剂,污染少;B、设备简单、操作易行;C、受等离子体类型和时间影响D、抗拉强度随处理时间延长而线性上升8.粉体表面改性的目的。
(BCDE)A、降低成本B、提高相容性C、改善分散性D、赋予功能性E、提高附加值9.确定增韧粒子的粒径最佳尺度的途径?(ABC)A、增韧体系中增韧粒子有足够多的数量B、从诱发银纹或剪切带考虑C、从终止银纹的角度考虑D、从终止剪切带的角度考虑10.影响分散相粒径的因素有哪些?(BCD)A、分散机理的影响B、组分配比的影响C、黏度比D、界面张力的影响11.基于平衡粒径表达式,降低平衡粒径的方法有?(ACD)A、提高剪切速率B、提高两相间的界面张力C、提高剪切应力D、提高熔体黏度二、填空题1.通过形态的观测,可以揭示(形态与性能)的关系;从而通过改善共混物的形态,达到提高共混物性能的目的。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料-作业
b、碳化收率为50%-55%;
c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏;
PAN链的无规则螺旋结构
PAN纤维→预氧化→碳化→石墨化→PAN基碳纤维
PAN纤维截面SEM照
PAN碳纤维表面结构
PAN碳纤维复合材料的应用
全球PAN碳纤维产业发展情况
全球PAN碳纤维产业发展情况
比重不到钢的1/4 ,市面上出售的 PAN基碳纤维密度 在1.75-1.93g/cm3 之间。
耐高温(惰性气 氛下可耐2000℃ 以上),低热膨 胀系数,比热容 小,出色的抗热 冲击性,优秀的 抗腐蚀和抗辐射 性能。
聚丙烯腈基碳纤维的制造
PAN结构式
I→600pm←I
a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向;
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合 材料-作业
碳纤维复合材料
碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维 等人造纤维或合成纤维为原料,经预氧化、碳化、石墨化等 过程制得含碳量达90%以上的无机纤维材料。
粘胶基
沥青基
聚丙烯腈基
碳纤维的性能(PAN)
Байду номын сангаас
强度高
密度低
其他性能
理论强度可达到 180GPa。目前东 丽T1000的强度达 到7.02GPa,虽然 远低于理论值但 比钢的强度要高 出很多
聚合物基复合材料结课作业
目前国内外使用最多的是提取分离法。提取分离法是以烟叶为原材料,运用各种分离技术和设备,实现茄尼醇的提取分离。由于目前提取分离的SA纯度可满足作为医药中间体的要求,避免了化学合成法所面临的各种问题,取得了可观的经济和社会效益。目前最常用的茄尼醇测定方法是RP-HPLC[24]法,采用等度洗脱来获取色谱保留参数进而优化操作条件,筛选最佳的、廉价的流动相组合,测定马铃薯叶提取物中茄尼醇的含量,对马铃薯叶的开发利用有重要意义。
正因为茄尼醇在医药学领域有着举足轻重的作用,因此我们选取此课题作进一步的研究,以使其在今后的医药学领域发挥出其更大的后续作用。
3、背景情况:
近年来,癌症和心脑血管发病率逐年升高,给人们带来了巨大的病痛折磨,因此大量科研人员开始尝试从烟叶中或马铃薯叶中提取分离茄尼醇,现已取得重大突破,人们已基本掌握了提取分离茄尼醇的工艺,但对于得到更高纯度茄尼醇目前研究仍在继续。
拟解决的关键性问题:
1、如何更高效的从马铃薯叶中提取分离茄尼醇;
2、开发新工艺制得更高纯度的茄尼醇,为茄尼醇的回收技术提供支撑。
四、主要参考文献:
[1]葛岩涛.利用马铃薯叶提取制备茄尼醇工艺研究[J].青海省轻工业研究所,2008:4.
[2] ROWLAND R L,LATMER P H, GILES J A. Flue cured tobacco I. Isolation of solanesol, an unsaturated alcohol[J].Am Chem Soc,1956,78(18):4680-4683.
[14]赵良俊,于萍,马海滨,等.混合溶剂与超声波辅助提取茄尼醇的工艺研究[J].精细化工中间体,2007,37(1):37-40.
[15]周新光,薛华欣,陆华,等.废弃烟草中茄尼醇和烟碱的提取[J].中国医药工业杂志,2006,37(7):458-459.
《复合材料结构设计》作业(27+第四周)(可编辑修改word版)
2016 级《复合材料结构设计》作业学号:139032016083(085 087) 姓名: 范凯勍(黄绿蓝 许美灵)时间: 10月6 日第 4周2.11.无论是柔量分量还是模量分量,与工程弹性常数一样,一共有 5 个,单独立的分量也为 4 个,因为存在如下关系式: Q 21=Q 12S 21=S 122.2P17-181. 关于应力与应变的转换公式,下列关系正确的是(C )P16A.[T σ]=[T ε]TC.[T σ]=[T ε]- 1T2. 偏轴的应力应变关系,正确的是(B )A.[Q ]=[T σ][Q ][T ε]C.[Q ]=[T σ][Q ][T ε] -1B.[T σ] - 1=[T ε] - 1T D.[T ε]=[T ε] - 1TB.[S ]=[T ε]-1[S ][T σ]D.[S ]=[T ε] - 1[S ][T σ] -13. 偏轴下的模量分量共有()个,但只需列出(D )个。
(因为对称性) p19A.5,4B.6,3C.9,4D.9,6 - 1 4. 偏轴柔量分量与模量分量也存在互逆关系,即[S ]=[Q ](√) p195. 偏轴模量分量中,Q 11、Q 22、Q 12中有常数,它们所占的项是不随角度而变化的,表现了材料的潜在刚度。
P19-206. 偏轴模量分量中,()是奇函数,(A )是偶函数。
P21A .Q 11、Q 12、Q 22、Q 66;Q 16、Q 26C.Q 11、Q 12;Q 22、Q 66、Q 16、Q 26B.Q 11、Q 12、Q 22;Q 66、Q 16、Q 26C.Q 11、Q 12、Q 22、Q 66、Q 16;Q 267. 单层的偏轴工程弹性常数是单层在偏轴下有单轴应力或纯剪应力确定的刚度性参数。
P238. 偏轴工程弹性常数有 9 个,独立的有 6 个。
P24 2-58 9. 偏轴的工程弹性常数具有对称性。
(×)P2410.E x 、E y 、υx 、υy 、G xy 是铺层角的偶函数,ηx ,xy 、ηy ,xy 、ηxy ,x 、ηxy ,y 是铺层角的奇函数。
热塑性复合材料概述 (高分子,聚合物复合材料作业)
热塑性复合材料能够多次再生使用的优点是应用中
取代热固性树脂的主要经济动力。当考虑整个系统的成 本时,生产热塑性复材部件可降低零件数量,从而降低 成本。因为浇口、流道以及别的部分的冷凝料都可和新 的树脂混合而重新利用。另外,和热固性塑料相比,大 多数热塑性材料有更低的密度,使用热塑新型复合材料 零部件更能减轻汽车重量。 其次是提高生产率。热塑 性材料比热固性材料有更多的优越性。
热塑性复合材料 3 在民用飞机上的应用
热 塑 性 复 合 材 料 的 应 用
机体结构件中,热塑性复合材料主要应用在地板、前缘、 控制面和尾翼零件上,这些零件都是外形比较简单的次承 力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务 机和阿古斯塔· 韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构 件的应用大户。
定 义 : 热 塑 性 复 合 材 料 (Fiber Reinforced Thermo Plastics 简称 FRTP) 是指以 热塑性 树脂为基体,以各种纤 维为增强材料而制成的复合材料。 分 类:按树脂基体及复合后的性能 以优良纤维增强高性能热塑性树脂。 如:碳纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚 高性能复合材料 特点:比强度、比模量高,能200℃ 以上长期使用
热塑性复合材料
讲解:。。。。。。制作:。。。。。。
Content
01 热塑性复合材料及其工艺 02
增强材料在复合材料中的形状
03 热塑性复合材料的特性
04 热塑性复合材料的成型方法 05 06
热塑性复合材料的应用
热塑性复合材料的发展趋势
热塑性复合材料
一 热塑性复合材料及其工艺
热 塑 性 复 合 材 料 的 分 以玻纤及制品增强一般通用的热塑性树脂。 通用型复合材料 类 如:PP、PE、PVC
复合材料结构力学作业
一. 对材料AS4/3501-6进行设计已知61.1,134.0,3.0,86.6,65.9,2.147======ρυmm t GPa G MPa E MPa E T L MPa S MPa Y MPa Y MPa X MPa X C T c T 105,186,4.49,1468,2356=-==-==最大正应力准则为pi pi Tpi Tpi CpiTSY Y X X R 1222221111,,minσσσσσ=12STEP I Special Stacking Sequence (SSS)(一) 在Task I 载荷作用下已知Longitudinal Load =100 kN ,Transverse Load =-5 kN , Shear Load =30kN外加载荷可等效为{}{}m kN N N N N TT/600502000122211-==对[]0n S 度铺设层合板,{}MPa T447837314925}{-=σ,带入最大正应力准则得N=max{,,}=,所以[]0n S 所需的最小层数为层,且12σ先破坏 对[]90n S 度铺设层合板{}{}MPa T447814925373--=σN=max{,,}=,所以[]90n S 所需的最小层数为层,且22σ先破坏 对[](45)n S ±度铺设层合板45度 {}{}MPa T 3.19125.1801.5496-=σ, N=max{,,}=-45度 {}{}MPa T3.19127.3808.1218=σ, N=max{, ,}=所以对[](45)n S ±度铺设层合板,共需要*4=层,且12σ先破坏对[](0/60)n S ±度铺设层合板0度 {}{}MPa T7.2272.65.6366-=σ, N=max{,,}=+60度{}{}MPa T8.4507.1852267-=σ, N=max{,,}=-60度{}{}MPa 2237.3815.1918T-=σ, N=max{,,}=所以对[](0/60)n S ±度铺设层合板,共需要*6=层,且22σ先破坏 绘制在表格中,如下所示:从上表中可以看到,[]0n s 所需的层数最少,即质量最轻对])45/45/(90/0[z y x-铺层,设+45度和-45度的层数相同(1) 当0度铺层占10%,90度铺层占0%时, 则45度和-45度各占45%时 0度 {}MPa T43987030809}{-=σ, N=+45度 {}MPa T 6.24899.1484.9050}{-=σ, N=-45度 {}MPa T6.24891.5855.268}{-=σ, N=代入最大正应力准则进行校核,经比较得,N=,所以共需要*2=层(2) 当0度铺层占10%,90度铺层占10%时, 则45度和-45度各占40%时 0度,{}MPa T48243327954}{-=σ, N=max{,,}=90度, {}MPa T 482155514524}{-=σ, N=max{,,}=45度, {}MPa T200232211831}{=σ, N=max{,,}=-45度, {}MPa T6.20017.8005.1598}{=σ, N=max{,,}=代入最大正应力准则进行校核,经比较得,N=,所以共需要*2=层(3) 当0度铺层占10%,90度铺层占20%时, 则45度和-45度各占35%时90度 {}MPa T534158310498}{--=σ, N=+45度 {}MPa T 177943414048}{-=σ, N=-45度 {}MPa T17785.9652.2702}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需*2=层(4) 当0度铺层占10%,90度铺层占25%时, 45度和-45度各占% 0度,{}MPa T5659027327}{-=σ, N=90度, {}MPa T3.5655.16149092}{--=σ, N=45度, {}MPa T171648115117}{=σ, N=-45度,{}MPa T.1.17169.10427.3118}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(5)当0度铺层占10%,90度铺层占30%时, 则45度和-45度各占30%时 0度 {}MPa T606927618}{-=σ, N=90度 {}MPa T8.59916557933}{-=σ, N=+45度 {}MPa T 167552516207}{-=σ, N=-45度 {}MPa T16756.11202.3477}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(6)当0度铺层占10%,90度铺层占40%时, 则45度和-45度各占25%时 0度 {}MPa T68313028732}{=σ, N=90度 {}MPa T 6839.17608.6107}{-=σ, N=+45度 {}MPa T164260618561}{-=σ, N= -45度 {}MPa T164212854062}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(7)当0度铺层占10%,90度铺层占50%时, 45度和-45度各占20% 0度,{}MPa T79325530507}{=σ, N=90度,{}MPa T5.7936.19028.4691}{--=σ, N=-45度,{}MPa T6.16589.14724888}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=77层(8)当0度铺层占10%,90度铺层占60%时, 则45度和-45度各占15%时 0度 {}MPa T94637832990}{=σ, N=1490度 {}MPa T2.9463.20863607}{--=σ, N= +45度 {}MPa T172076224781}{-=σ, N=-45度 {}MPa T172017024701}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(9)当0度铺层占10%,90度铺层占75%时, 则45度和-45度各占%时 0度 {}MPa T145062239942}{=σ, N=90度 {}MPa T8.144925721729.6-}{-=σ, N=+45度 {}MPa T196487734490}{-=σ, N=-45度 {}MPa T5.196323173722}{=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(10)当0度铺层占25%,90度铺层占0%时, 则45度和-45度各占%时 0度 {}MPa T50756820231}{-=σ, N=+45度 {}MPa T16329.1-8284.7}{-=σ, N= -45度 {}MPa T9.16326.4949.2475}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(11)当0度铺层占25%,90度铺层占10%时, 则45度和-45度各占%时0度 {}MPa T56526519118}{-=σ, N=90度 {}MPa T5.5635.10725.9458}{--=σ, N=+45度 {}MPa T134712610829}{-=σ, N=-45度 {}MPa T5.13465.6844.1169}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(12) 当0度铺层占25%,90度铺层占25%时, 则45度和-45度各占25%时0度,{}MPa T6831819099}{-=σ, N=90度,{}MPa T2.68314117.5669}{--=σ, N=45度,{}MPa T116722213964}{-=σ, N=max{,,}=-45度,{}MPa T1.11676.9006.534}{-=σ, N=max{,,}=经比较得,N=,所以共需要*2=层(13)当0度铺层占25%,90度铺层占50%时, 则45度和-45度各占%时 0度 {}MPa T104722721050}{=σ, N=90度 {}MPa T 10473.13271.2452}{--=σ, N=+45度 {}MPa T110725720408}{-=σ, N= -45度 {}MPa T110712978.1809}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(14)当0度铺层占50%,90度铺层占0%时, 则45度和-45度各占25%时0度 {}MPa T68335712870}{-=σ, N=90度 {}MPa T2.6837.4718.9106}{--=σ, N= +45度 {}MPa T6.10351.1823.9131}{--=σ, N=-45度 {}MPa T6.10356.4967.5367}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(15)当0度铺层占50%,90度铺层占10%时, 则45度和-45度各占20%时0度 {}MPa T79312712568}{-=σ, N=90度 {}MPa T793.5-4.7185492.7-}{=σ, N= +45度 {}MPa T 8519811957}{--=σ, N=-45度 {}MPa T8518.6894882}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层(16)当0度铺层占50%,90度铺层占25%时, 则45度和-45度各占%时0度 {}MPa T10475212812}{=σ, N=90度 {}MPa T10474.7839.2819}{--=σ, N=+45度 {}MPa T73710216105}{--=σ, N=-45度 {}MPa T6.7366.9379.6112}{-=σ, N=经比较得,N=,所以共需要*2=层在图表中表示如下:的层数最少,为22层,此时的重量最轻。
复合材料屋面工程施工方案
复合材料屋面工程施工方案一、项目概述复合材料屋面工程是一种新型的建筑材料应用方案,其优点包括轻质、耐候性好、施工方便等,因此在现代建筑领域得到了广泛的应用。
本施工方案旨在详细介绍复合材料屋面工程的施工步骤、安全措施以及质量要求,以确保工程按照标准高效地进行。
二、施工步骤1. 材料准备在施工前,必须确保所有所需的复合材料已经准备就绪。
材料应该经过验收,并按照工程要求进行分类和堆放。
2. 屋面清洁清洁屋面是确保施工质量的关键一步。
首先,对原有屋面表面进行清理,去除杂物和异物。
然后,进行彻底的清洗,确保没有油脂、尘埃等影响粘接效果的物质。
3. 苫铺防水层铺设防水层是屋面工程的重要环节。
首先在屋面上铺设防水膜,覆盖全部屋面面积,同时注意边角部位需要进行加固处理。
然后进行热风焊接,确保防水层与屋面牢固结合。
4. 复合材料铺设将准备好的复合材料铺设在屋面上,注意与防水层的贴合。
根据设计要求,进行必要的修剪和拼接,确保屋面整体的美观和平整。
5. 排水系统安装根据设计要求,在屋面上安装排水系统。
合理设置排水管道的坡度,确保水能够顺利排出。
6. 安全固定为确保屋面的稳固和安全,对复合材料进行固定。
采用合适的螺栓、膨胀螺栓或钢丝等进行固定,同时要注意安全防护措施,避免高处作业的风险。
7. 保护处理在施工完毕后,需对新铺设的复合材料屋面进行保护处理。
避免日晒、雨淋等对屋面的损害,保持屋面的完好和美观。
三、安全措施1. 施工人员需佩戴符合要求的安全帽、安全鞋等防护用品,并遵守相关的安全操作规范。
2. 在高处施工时,要确保搭建牢固的脚手架和安全防护网,防止人员坠落。
3. 对施工现场进行合理的划分和隔离,确保其他工作人员和外来人员的安全。
4. 使用安全可靠的吊装设备进行材料的运输和安装,严禁超负荷作业。
5. 定期检查施工现场,清理杂物,防止滑倒和其他意外事故的发生。
四、质量要求1. 复合材料应符合国家或行业的相关标准和规定,确保质量稳定可靠。
2017-2018学年鲁科版1第4章第3节复合材料作业
第4章材料家族中的元素第3节复合材料一、选择题合金的是()1.下列物质中不属于...A。
水银B。
黄铜C。
碳素钢D。
青铜2.下列有关金属的说法中,正确的是()①纯铁不容易生锈;②钠着火用水扑灭;③铝在空气中耐腐蚀,所以铝是不活泼金属;④缺钙会引起骨质疏松,缺铁会引起贫血;⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金;⑥磁性氧化铁是Fe3O4A. ①④⑤⑥ B。
②③④⑤ C。
①③④⑤ D. ①②⑤⑥3.下列关于合金的说法不正确的是()A。
硬铝比纯铝的硬度低B。
合金中可以含有非金属元素C. 青铜是一种铜锡合金 D. 储氢合金是一类能大量吸收H2成金属氢化物的材料4.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物,下表为四种金属的熔、沸点,根据以下数据判断其中不能形成合金的是()A. Cu和Na B。
Fe和Cu C。
Fe和Al D。
Al和Na5.下列有关金属及其化合物的说法中,正确的是()①在人类对金属材料的使用过程中,性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用②纯铁比生铁抗腐蚀性更强③单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属④向紫色石蕊试液中加入过量的Na2O2粉末,振荡,溶于变为蓝色并有气泡产生⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金⑥可通过焰色反应区分钾元素和钠元素⑦往FeCl3溶液中滴入KI—淀粉溶液,溶液变蓝色⑧铝粉和氧化镁粉末混合,高温能发生铝热反应A。
②③④⑤⑥⑦⑧ B. ②⑤⑥⑦ C. ④⑥⑦③ D。
②④⑤⑥⑦⑧6.根据下列金属的熔沸点:其中不能形成合金的是()A. Cu与AlB. Fe与NaC. Fe与Cu D . Al与Na7.将两种或多种金属或非金属在同一容器中加热使其熔合,冷凝后得到具有金属特性的混合物即合金.根据下列四种金属的熔沸点,判断其中不可能形成合金的是()A。
铜和铁 B. 铁和钠C。
铜和铝D。
钠和铝8.下列说法不正确的是()A。
氯气可用于合成药物B. 碳酸钠可用于治疗胃酸过多C. 高压钠灯常用来广场照明D。
玻璃钢作业指导书
玻璃钢作业指导书一、引言玻璃钢是一种具有优异性能的复合材料,广泛应用于建造、船舶、化工等领域。
为了确保玻璃钢作业的安全和质量,制定本指导书,对玻璃钢作业进行详细的操作指导。
二、作业前准备1. 工作场所准备a. 确保作业场所通风良好,有足够的光照。
b. 清理作业区域,防止杂物干扰作业。
c. 检查作业设备和工具的完好性,确保其正常运行。
2. 人员准备a. 所有参预作业的人员必须接受相关培训,了解玻璃钢作业的操作规程和安全要求。
b. 分配合适的人员数量,确保作业的顺利进行。
c. 所有作业人员必须穿戴个人防护装备,包括安全帽、防护眼镜、防护手套等。
三、作业步骤1. 材料准备a. 确保所使用的玻璃纤维布、树脂等材料符合质量要求。
b. 对材料进行检查,排除可能存在的破损或者污染。
2. 表面处理a. 清理待处理表面,确保其干净、干燥、无油污和灰尘。
b. 使用砂纸或者砂轮对表面进行打磨,增加粘接力。
3. 涂胶剂a. 根据工艺要求,将树脂和固化剂按照一定比例混合均匀。
b. 使用刷子或者滚筒将涂胶剂均匀涂抹在表面上,确保覆盖全面。
4. 玻璃纤维布铺设a. 将预先裁剪好的玻璃纤维布铺放在涂胶剂上,确保平整无皱褶。
b. 使用刮刀或者刮板将玻璃纤维布压实,排除空气泡。
5. 表面处理a. 在玻璃纤维布上涂抹一层涂胶剂,确保玻璃纤维布彻底浸透。
b. 使用刮刀或者刮板将涂胶剂均匀压实,排除空气泡。
6. 固化a. 根据树脂的固化时间,等待一定的固化时间。
b. 在固化过程中,保持作业环境的稳定,防止外界因素对固化过程的干扰。
7. 后续处理a. 对固化后的玻璃钢进行修整和打磨,使其表面光滑。
b. 检查作业质量,确保达到要求。
四、安全注意事项1. 严格遵守作业规程和安全操作要求,确保作业人员的人身安全。
2. 注意个人防护,穿戴合适的防护装备,避免直接接触有害物质。
3. 避免在有风的环境下进行玻璃钢作业,以防止涂胶剂和玻璃纤维布被吹散。
复合材料练习题
复合材料练习题复合材料是由两种或两种以上的材料组成的,具有互补优势的新材料。
它们通过物理或化学方式结合在一起,以获得更高的强度、刚度和耐磨性等性能。
复合材料在航空航天、汽车、建筑和体育器材等领域得到广泛应用。
本篇文章将介绍复合材料练习题,以帮助读者更好地了解复合材料的知识。
1. 什么是复合材料?复合材料是由至少两种不同类型的材料组成的材料系统。
这些材料通常被称为基材和增强材料。
基材是主要的载体,并且在整个复合材料中起到结构支持的作用。
而增强材料则用于增加复合材料的强度和刚度等特性。
2. 复合材料的优点有哪些?与传统材料相比,复合材料具有以下优点:- 高强度和刚度:复合材料的强度和刚度优于许多传统材料,如金属和塑料。
这使得复合材料在要求高强度和轻量化的应用中得到广泛应用。
- 耐腐蚀性:复合材料对腐蚀和化学物质的影响较小,因此在恶劣环境下能够更好地保持其性能。
- 良好的热性能:复合材料具有较低的热传导性能,能够在高温和低温环境下保持较稳定的性能。
- 设计灵活性:复合材料可以通过调整基材和增强材料的比例和结构来实现不同的性能需求,从而实现设计的灵活性。
- 能源和成本效益:由于复合材料的轻量化和高强度特性,其在能源和成本方面具有较大的优势。
3. 复合材料的分类有哪些?根据基材和增强材料的不同,复合材料可以分为多种类型:- 碳纤维复合材料:以碳纤维作为增强材料,并与树脂等基材组合。
碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度,常用于航空航天和运动器材等领域。
- 玻璃纤维复合材料:以玻璃纤维作为增强材料,并与树脂等基材结合。
玻璃纤维复合材料具有良好的耐磨性和抗冲击性,常用于建筑和汽车等领域。
- 陶瓷基复合材料:以陶瓷作为基材,并通过添加增强材料来提高其性能。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温和耐磨性,常用于高温工艺和摩擦部件等应用。
- 金属基复合材料:以金属作为基材,并与陶瓷或其他金属相结合。
金属基复合材料具有高强度和导热性能,常用于航空航天和能源领域。
资料:06 纤维复合材料补强作业指导书
补强施工目录注:指导书内容与《Ankowrap碳纤维补强施工、验收规范》中内容一致1、一般规定1.碳纤维复合材料维修补强技术适用于内部介质为煤气、天然气、原油、成品油、水等输送管道的维修补强。
2.碳纤维复合材料维修补强技术适用于钢管、铸铁管、PE管以及水泥等材质的管道的维修补强。
3.碳纤维复合材料维修补强技术的应用不受被补强管道管径以及管道内部压力的限制。
4.碳纤维复合材料维修补强技术可以修复的缺陷类型包括:外腐蚀缺陷、裂纹、机械损伤(凹陷、沟槽等)、焊缝缺陷、材质缺陷;碳纤维复合材料维修补强技术可用于对内腐蚀管道的临时增强,也可用于对管道的提压增强处理。
5.经碳纤维复合材料维修补强技术施工后的管道,需要采取适当的外防腐措施。
3.1.6 施工方应对碳纤维复合材料维修补强技术的适用温度范围进行说明。
2、材料施工用补强材料为ANKO碳纤维、填平树脂和粘结树脂。
补强材料及其各种性能示于表1至表3。
表1 ANKO碳纤维布的规格性能表2 ANKO缺陷填平树脂的规格性能表3 ANKO碳纤维复合材料性能3、管道资料调查及补强方案制定3.1管道原始资料调查1)管道材质、管径、壁厚及使用年限2)管道运行记录管道输送介质,压力,温度,流速等3)管道维修或改造资料管道维修记录和竣工资料3.2补强方案制定1)在甲方对需要补强点进行定点、挖坑和缺陷尺寸测试的基础上,核实缺陷的大小和类型,包括缺陷的长度、宽度和深度。
2)根据缺陷的大小和类型,利用剩余强度评价软件及其有限元数值分析等相关方法,评价含该缺陷管道的强度损失。
3)根据碳纤维复合材料的力学性能,在3.3.2.2对强度损失评价的基础上,针对各个缺陷,分别制定出复合材料补强方案,使其达到管道腐蚀损伤前的强度水平。
3.3施工现场环境调查1)现场环境相对湿度:< 85%,可以直接施工;>85%时需要对管体采取干燥措施或者对环境进行改善处理。
2)现场环境温度:-15℃~60℃,在该温度范围内,可以使用安科管道不同型号的粘结树脂直接施工;当环境温度超过该范围时,可以对施工地点采用环境改善措施进行改造后便可施工。
郴州市中考满分作文-作业习题
复合材料原理作业习题第一章绪论1 复合材料的定义是什么?2 简述基体与增强体(功能体)的作用。
3 简述聚合物基体性能特点。
第二章复合材料的复合效应1 复合效应分为那几类并对其进行简述。
2 请介绍几种常见的两相复合材料的连通情况。
3 请列举结构效果的几种类型并对其进行简述。
第三章复合材料的界面状态解析1. 复合材料界面效应可以分为哪几类并对其简述。
2. 复合材料界面的研究对象包括哪些方面?3. 物理吸附与化学吸附的定义是什么?简述二者的区别。
4. 界面特性对复合材料性能的影响主要体现在哪些方面?第四章复合体系的界面结合特性1. 目前树脂基复合材料的界面结合理论主要有哪几种?并对其概念与缺点进行简述。
2. 树脂基复合材料界面破坏机理主要分为哪几种?并对水介质引起界面破坏的机理进行简述。
3. 复合材料的界面分析技术主要有哪几种?这些方法分别适合分析界面的什么特点?第五章复合体系的典型界面反应1. 以硅烷偶联剂为例,说明玻璃纤维-聚合物复合体系的界面反应过程。
2. 简述碳纤维的氧化过程,并举例说明碳纤维-环氧树脂复合体系的界面反应过程。
第六章复合材料的界面处理技术1. 简述偶联剂的定义、分类与应用范围。
2. 硅烷偶联剂的一般结构通式是什么?硅烷偶联剂处理玻璃纤维时,经历哪几个阶段,以化学反应简式说明。
3. 玻璃纤维表面处理方法有几种?简述其处理过程及处理效果的影响因素。
4. 简述钛酸酯偶联剂的结构、类型及其偶联机理。
第七章复合材料力学性能的复合规律1. 复合材料的力学复合从不同的研究角度可以分为微观力学和宏观力学,二者的定义与区别是什么?2. 衡量材料断裂韧性的参数及其定义是什么?3. 粒子的表面活性对粒子-聚合物复合材料的界面及力学强度有什么影响?第八章复合材料物理和化学性能的复合规律1. 表征聚合物基体的物理量是什么?热变形温度的定义是什么?2. 判定聚合物阻燃性的物理量及其定义是什么?常用的阻燃剂主要有哪几种?简述其各自的阻燃机理。
复合材料原理作业及解答
12、解释化学键理论与优先吸附理论,并指出其成功之处与不足之处。
(P40-41) (1) 化学键理论 认为:基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官能团能起化学反应。 因此树脂基体与增强体之间形成化学键的结合,界面的结合力是主价键 力的作用。偶联剂正是实现这种化学键结合的架桥剂。
9、为什么玻璃纤维表面常常吸附一层水分子?(P35)
吸附水与玻璃纤维中的碱金属或碱土金属反应:
~ Si OD H2O ~ Si OH D OH
式中D代表碱金属
碱性
SiO2骨架破坏
~ Si O Si ~ OH ~ Si OH ~ Si O
继续与水反应
~ Si O H 2O ~ Si OH OH
分与树脂有良好的相容性,可以大大改善树脂对增强体的浸润;同时, 由于优先吸附作用,在界面上可以形成所谓的“柔性层”,此“柔性层”极可 能是一种欠固化的树脂层,它是“可塑的”,可以起到松弛界面上应力集中 的作用,故可以防止界面粘脱。
6、复合材料的界面层,除了在性能和结构上不同于相邻两组分相 外,还具有哪些特点;(P19-20) (1)具有一定的厚度; (2)性能在厚度方向上有一定的梯度变化; (3)随环境条件变化而改变 。
7 偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的原因?(P31) 1)、官能团参与反应; 2)、优先吸附引起的现象。
分类:线性和非线性两大类,线性效应与非线性效应又分为若干小类 相抵效应
相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
4、如何利用相乘效应使复合材料具有“磁阻效应”?(P7)
磁致伸缩效应 压阻效应 磁阻效应
复合材料作业玻璃纤维增强环氧树脂
复合材料作业玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是指由两个或以上的不同材料组合而成的材料,通过材料的组合,能够充分发挥各种材料的优点,以达到优化性能的目的。
在众多复合材料中,玻璃纤维增强环氧树脂是一种比较常见的材料组合。
本文将对玻璃纤维增强环氧树脂进行详细介绍,包括其组成、制备过程、性质及应用等方面。
玻璃纤维增强环氧树脂是一种以环氧树脂为基础,通过添加适量的玻璃纤维增强材料制备而成的复合材料。
环氧树脂是一种高分子化合物,具有优异的物理和化学性质,如强度高、刚度大、耐热性好等。
而玻璃纤维则是一种高强度、高刚度的纤维材料,具有优异的拉伸和弯曲性能。
将这两种材料组合在一起,可以充分发挥它们各自的优点,形成一种性能优良的复合材料。
制备玻璃纤维增强环氧树脂的过程通常包括以下几个步骤:首先,将适量的环氧树脂和硬化剂混合,形成树脂基体。
然后,将玻璃纤维进行预处理,如分段、清洗等,以提高它们的界面粘接性能。
接下来,将预处理后的玻璃纤维与树脂基体进行层层叠放,形成多层复合材料结构。
最后,通过热压或热固化等工艺进行固化,使树脂基体与玻璃纤维紧密结合,形成最终的复合材料。
玻璃纤维增强环氧树脂具有多种优异的性质。
首先,它具有高强度和刚度,玻璃纤维增强材料的添加能够提高复合材料的强度和刚度,使其具有良好的抗拉、抗压、抗弯性能。
其次,它具有优异的耐热性和耐腐蚀性,环氧树脂的添加能够提高复合材料的耐热性和耐腐蚀性,使其适用于高温、腐蚀性环境下的使用。
此外,它还具有良好的绝缘性能和耐磨性能,适合用于电气绝缘和摩擦磨损等场合。
玻璃纤维增强环氧树脂具有广泛的应用领域。
首先,在航空航天领域,由于其高强度和轻质化的特点,可以用于制造飞机、卫星等结构件。
其次,在汽车制造领域,由于其良好的耐热性和耐冲击性能,可以用于制造汽车车身、引擎罩等部件。
此外,在建筑领域,可以用于制造屋顶、墙板等耐候性良好的建筑材料。
另外,在电子领域,可以用于制造电气绝缘材料、电子器件外壳等。
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复合材料作业玻璃纤维增强陶瓷复合材料的研究进展摘要:陶瓷复合材料是指用玻璃聚合物或可生物降解聚合物作为基体,玻璃纤维作为增强材料的复合材料。
概述了用于陶瓷复合材料的可生物降解的聚合物和玻璃纤维的改性研究进展及其模塑成型的陶瓷复合材料的开发应用现状。
关键词:玻璃纤维,生物降解聚合物,玻璃聚合物,陶瓷复合材料。
玻璃工业的蓬勃发展为人们生产、生活提供了许多性能优良的新型材料。
在经济发达国家,玻璃产量早已超过钢铁,且这些材料在各个领域的广泛运用推动了社会的发展。
但在人们使用玻璃制品的同时,玻璃废弃物已成为当今主要的环境问题之一。
据有关部门统计,目前全球玻璃产量为1亿t,其中30%用于包装,且大多数不具备可降解性。
中国每年产玻璃超过600万t。
这些玻璃加工成各种制品进入市场后,30%可回收使用,70%用后成为工业和生活垃圾,对地球环境造成严重的危害,且白色污染当前已成为危害环境的世界性公害,严重阻碍了经济和环境的可持续发展。
为保护环境,玻璃废弃物的回收再利用及绿色玻璃的研究与开发已成为各国的研究热点。
特别在世界很多国家,掀起了一股开发由玻璃纤维增强的陶瓷复合材料的热潮。
这种陶瓷复合材料易降解或易生物吸收,与传统复合材料相比具有环境友好和陶瓷优势。
根据定义,陶瓷复合材料是指由玻璃纤维增强的、玻璃聚合物基或可生物降解聚合物基的复合材料。
目前,市场上已有很多可生物降解的聚合物基体出售,但这些基体不论物理与化学性能多么独特,都因价格高限制了这些材料的广泛使用。
本文主要概述用于陶瓷复合材料的可生物降解聚合物和玻璃纤维的改性研究进展及其模塑成型的陶瓷复合材料的开发应用现状。
一:可生物降解聚合物基体用于陶瓷复合材料的可生物降解聚合物一般分为三种:生物合成聚合物(Biosynthetic),半生物合成聚合物(Semi-biosynthetic),化学合成聚合物(Chemo-synthetic)。
1.1 生物合成聚合物生物合成聚合物是指利用玻璃资源生产的聚合物。
淀粉就是最普通的一种玻璃的多羟基聚合物,在引入适量增塑剂(如水、多元醇等)减弱分子间作用力后,能够参照玻璃的加工方法热塑成型。
但淀粉的多羟基结构使其具有极强的亲水性,对湿度十分敏感,低湿环境下脱水脆化,高湿环境下吸水丧失固有的力学性能,同时缺乏稳定的回缩性和一定的弹性。
由纤维与淀粉制成的复合材料缺乏足够的界面黏合,不耐冲击,吸水性强,机械性能较差。
为了改善纤维与淀粉制成的复合材料的性能,通常将淀粉与其他热塑性聚合物混和使用。
最早是淀粉与聚酯混合,其中淀粉含量20%~80%;淀粉还能与聚乙烯醇混合,这种混合物具有热塑性且易加工;淀粉与脂肪族聚酯(特别是聚己内酯PCL)混合的研究颇多,目前有些产品已商品化,如No-vamont公司的Mater-BTM的Z系列产品。
聚乳酸与淀粉共混尚不成熟,但由于聚乳酸原料成本低、来源广、可再生,且在国际上生产已实现产业化,是最具发展潜力的生物合成类聚合物,业内人士普遍看好其与淀粉共混材料的前景,做了大量的研究性工作。
淀粉作为聚合物基体与玻璃纤维增强体一起制成复合材料后,机械性能显著地得到改善。
研究结果显示陶瓷复合材料的抗张强度很大程度上取决于纤维的含量。
Vazques等人已对聚己内酯淀粉(MaterBi-Z)为基体的复合材料的性能做了研究,测得复合材料的弹性模量和机械强度分别高达700MPa和15MPa,而基体则只有37MPa和7.3MPa。
淀粉还可通过表面处理改善与合成聚合物之间的相容性。
有人建议用己内酯n单体和戍内酯单体处理淀粉,促进聚酯链共价嫁接到淀粉之中。
纤维素是另一种玻璃聚合物。
纤维素玻璃市面有售已有多年。
甲基纤维素(MC)、羟丙甲基纤维素(HPMC)、羟丙酯纤维素(HPC)、羧甲基纤维素(CMC)都是化学改性后的纤维素。
用这些纤维素的水溶液或水-醇溶液浇铸而成的纤维素薄膜透明,无臭无味,具有中等强度,抗弯,耐油且耐湿耐氧性良好。
MC薄膜防油性优秀。
HPC热塑性纤维素聚合物,可用注射模塑和拉挤工艺加工。
在陶瓷复合材料应用方面,应改善作为基体材料的纤维素玻璃的拉伸、弯曲及冲击性能。
Mohanty等人用各种陶瓷友好的可塑剂制备了一种适用于陶瓷复合材料的聚合物基体,并表明可塑剂的含量能改善纤维素玻璃的刚度和韧度。
但纤维素更多的是以纤维状态用于陶瓷复合材料中。
聚羟基丁酸酯(PHB),聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)都是生物合成聚合物,通常用作陶瓷复合材料的聚合物基体。
该类聚合物发展快速,且可生物降解,同时,这类材料的机械性能和热性能与聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)相似。
另可通过弹性体、酚类化合物、反应性增韧、超高相对分子质量聚乙二醇、淀粉、羟基烷酸酯、热处理等改性方法提高其韧度,还可通过共聚改性、环氧大豆油等增塑剂改性方法来提高其塑性。
2、半生物合成聚合物这种聚合物是聚合物单体通过发酵工艺和共聚工艺而制得的。
聚乳酸(PLA)就是一典型例子。
Carothers、Dorough和VailNatta首次于1932年成功合成低分子量聚乳酸[9]。
杜邦公司1954年通过纯化丙交酯聚合得到了高分子量的聚乳酸。
KuikarniR.K.,PaniK.C.等人于1966年报道了高分子量的聚乳酸在人体内能降解,掀起了这类材料作为生物医用材料的热潮[11]。
1972年,聚乳酸第一次获得商业应用,Ethicon公司生产的聚乳酸缝合线进入市场。
20世纪90年代,聚乳酸的合成工艺取得了两大突破———美国卡吉尔(Cargill)公司的两步法以及日本三井(Mitsui-Toatsu)公司的两步合成法。
随着国外聚乳酸合成工艺的成熟,工业化生产也取得了突破性进展。
1997年美国卡吉尔公司与陶氏化学合资成立公司,开发和生产商品名为NatureWorks的聚乳酸,当时产能为1.6万t/a。
2001年11月,该公司投资3亿美元,在美国建成了一套13.6万t/a的生产装置。
聚乳酸和玻璃纤维复合成陶瓷复合材料的研究中国及其他国家都有报道。
3、化学合成聚合物化学合成聚合物是另一大类生物降解聚合物,聚己内酯(PCL)、聚酯酰胺是这类聚合物的代表。
1995年,Bayer公司开发了商品名为BAK1095、BAK2195聚酯酰胺。
Mohanty等人对黄麻纤维增强BAK1095的陶瓷复合材料做了研究[14]。
最近又开发了新的基于BAK的陶瓷复合材料。
在研究和实际生产中,聚丙烯(PP)也较多地用于陶瓷友好的复合材料,聚丙烯虽不能分属为生物降解聚合物,但可以通过热敏催化剂改善其降解性。
聚丙烯在陶瓷复合材料中起着十分重要的作用。
如Mohanty等人已经论证用玻璃纤维增强聚丙烯复合材料代替玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的潜在可能性[15]。
有报道称可用马来酸酐接枝进行改性,在PP分子链上引入极性支链与纤维素纤维中的羟基形成共价键,改善玻璃纤维与聚丙烯界面的黏合性。
二:玻璃纤维的改性影响玻璃纤维增强复合材料广泛应用的不利因素有玻璃纤维与聚合物基体之间界面黏合效果较差,耐吸湿性差,加工温度有限(低于200℃)及尺寸稳定性差(收缩与膨胀)等。
纤维与基体界面性能影响着复合材料的物理性能。
为了改善界面性能,玻璃纤维需经表面处理,处理方法有物理和化学方法两种。
物理方法包括表面刻蚀,静电放电。
而静电放电是重要的物理方法,如电晕放电、低温等离子体处理等,其中电晕放电可大量激活纤维素表面的醛基,提高纤维的表面氧化活性,进而改善纤维的表面能。
理论上,用低温等离子体处理纤维可获得类似的效果。
化学方法有脱蜡、丝光(碱)、漂白、丙烯腈处理、硅烷处理、过氧化氢处理、异氢酸盐处理、乙酰化作用和接枝共聚等。
不管是物理方法或是化学方法,需研究改性成本与改性效果之间的关系,因为玻璃纤维的价格决定着陶瓷复合材料的市场。
下面着重介绍几种化学改性方法。
1、丝光(碱)处理丝光(碱)处理是生产高质量纤维的最常用方法。
丝光(碱)处理能溶去玻璃纤维中的部分果胶、木质素、半纤维素及其他低分子杂质,使微纤旋转角减小,纤维表面变粗糙形成许多空腔,增强了纤维与聚合物的界面黏合力。
而且丝光(碱)处理使纤维表面活性点增多,提高了其他改性剂如硅烷偶联剂的反应能力,同时也使纤维原纤化,即纤维束变小,长径比增大,与基体的有效接触面积增加[17-18]。
玻璃纤维与碱反应如下:Fiber—OH+NaOH※Fiber—O—Na+H2O因此,丝光(碱)处理对玻璃纤维的机械性能特别是强度与刚度有永久性的影响。
研究结果显示丝光(碱)处理能提高纤维素无定形区的数量。
2、酯化改性酯化改性可降低植物纤维的表面极性,使纤维易于在基体中分散,改善纤维和聚合物的界面相容性。
酯化试剂一般有乙酸、乙酸酐、马来酸酐、邻苯二甲酸酐等低分子羧基化合物。
Mahlberg等用各种酸酐对木纤维改性,使木纤维/聚丙烯复合材料的力学性能极大地提高[19]。
酯化可以有效地改善植物纤维的疏水性,提高和疏水聚合物之间的相容性。
木纤维细胞壁的羟基与乙酸酐在高温下反应如下:Fiber—OH+(H3C—CO)2O※Fiber—O—CO—CH3+CH3COOH3、接枝共聚在纤维素材料的表面接上某些烯类单体的均聚物,可改善材料的吸水性、浸润性、黏合性。
LiaoB.等将木纤维碱化预处理后,用丙烯腈进行氰乙醚化改性,与改性钛酸酯处理方法相比,木纤维线性低密度聚乙烯(LLDPE)复合材料的拉伸强度得到增强,断裂伸长率得到提高[21]。
X射线衍射分析认为,在接枝反应过程中,由于NaOH的润胀,丙烯腈扩散进入木纤维细胞腔内部,与—OH基团发生反应,降低了纤维结晶度,从而改善了木纤维的分散性,增加了木纤维与LLDPE的相容性。
黄麻也可进行类似氰乙醚化改性。
4、添加化学偶联剂常见的化学偶联剂主要有硅烷系、钛酸酯系、铝酸酯系、锆铝酸酯系等以金属原子为中心的偶联剂,以及异氰酸酯类等。
硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的应用最广泛。
实验表明这两种偶联剂都可以改善聚合物与植物纤维之间的界面相容性。
有机硅烷偶联剂开发最早,应用较多,见于报道的已有100多种。
硅烷偶联剂和纤维反应如下:Fiber—OH+R—Si(OH)3※Fiber—O—Si(OH)2R+H20异氰酸酯也是一种很好的偶联剂,官能团—NCO与纤维中的纤维素、木质素发生反应形成共价键,提高了基体和纤维的相容性。
其反应式如下:FiberOH+RNCO※Fiber—O—CO—NH—RColom等发现硅烷偶联剂A-174在一定条件下和纤维木质素反应,使纤维/聚乙烯复合材料力学性能得到显著改善。
当纤维含量为40%时,拉伸强度由未处理前的21.0MPa提高到44.5MPa,断裂伸长率由1.6%提高到4.1%,硬度由0.022J提高到0.085J。
三:玻璃纤维增强的陶瓷复合材料玻璃纤维增强的陶瓷复合材料的生产工艺与玻璃纤维增强复合材料的加工工艺相似。