第七章-复合材料力学性能的复合规律复习进程
复合材料 第七章 复合材料的复合原则及界面

另外,对于成分和相结构也很难作出全 面的分析。 因此,这今为止,对复合材料界面的认 识还是很不充分的,不能以一个通用的模型 来建立完整的理论。 尽管存在很大的困难,但由于界面的重 要性,所以吸引着大量研究者致力于认识界 面的工作,以便掌根其规律。
46
第三节 复合材料的界面设计原则
界面粘结强度是衡量复合材料中增 强体与基体间界面结合状态的一个指标。 界面粘结强度对复合材料整体力学 性能的影响很大,界面粘结过高或过弱 都是不利的。
的不连续性和界面摩擦出现的现象,如抗电性、 电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
(4)散射和吸收效应
光波、声波、热弹
性波、冲击波等在界面产生散射和吸收,如透 光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲 击性等。
28
(5)诱导效应
一种物质(通常是增强物)
的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与 之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改 变,由此产生一些现象,如强的弹性、低的
14
(3)纤维与基体的热膨胀系数不能相差过 大,否则在热胀冷缩过程中会自动削弱它们 之间的结合强度。
(4)纤维与基体之间不能发生有害的化学
反应,特别是不发生强烈的反应,否则将引 起纤维性能降低而失去强化作用。
15
(5)纤维所占的体积、纤维的尺寸和分布必 须适宜。
一般而言,基体中纤维的体积含量越高, 其增强效果越显著; 纤维直径越细,则缺陷越小,纤维强度也 越高;
制备具有高冲击强度的避弹衣。
43
由于界面尺寸很小且不均匀、化学
成分及结构复杂、力学环境复杂、对于
界面的结合强度、界面的厚度、界面的 应力状态尚无直接的、准确的定量分析 方法;
44
所以,对于界面结合状态、形态、结 构以及它对复合材料性能的影响尚没有适
复合材料 复习

第3章 基体材料
3.2 基体材料的基本性能
四、电性能
树脂分子由共价键组成,是一种优良的电绝缘材料 影响因素: 树脂大分子的极性:极性增加,电绝缘性下降 固化树脂杂质含量及种类
第3章 基体材料
3.3 基体材料的工艺性
一、浸润性能(树脂能否均匀分布于纤维表面)
基体-增强材料浸润因素
纤维表面张力(张力增加,浸润下降) 树脂表面张力 (分子结构即分子间引力越大,内聚能越大,张力增加) 树脂与纤维间界面张力 (树脂/纤维表面分子间作用力增加,张力增加) 树脂粘度下降,流动性增加,浸润增加;纤维疏松,浸润增加
5)良好的加工工艺性(可设计性、多种成型方法、整体成型)
6)各向异性和性能的可设计性
第1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
缺点:
1)成型方法自动化、机械化程度低 2)性能均一性差,产品质量不稳定 3)质量检测方法不完善 4)长期耐高温和环境老化性能不好
第2章 增强材料
本章教学目的:
1. 掌握增强材料的作用、种类 2. 熟悉玻璃纤维的组成、制备方法、性能 3. 熟悉碳纤维的组成、制备方法、性能 4. 了解芳纶纤维的组成、制备方法、性能
复合材料的特征:非均相材料,组分材料性能差异
较大。新性能,体积分数大于10%,固体材料。
复合材料构成:基体相,增强相,界面相
第1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
优点:
1)比强度,比模量高(强度/密度,模量/密度) 2)耐疲劳性能好,破损安全性能高 3)阻尼减振性好 4)多种功能性(电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁)
第3章 基体材料
3.2 基体材料的基本性能
一、力学性能
4. 树脂体积收缩率:物理收缩、化学收缩 固化收缩率: 环氧树脂1~2%;聚酯树脂4~6%;酚醛树脂8~10% 影响因素:固化前树脂系统(包括树脂、固化剂等)的密度; 基体固化后的网络结构的紧密程度; 固化过程中有无小分子释放。 降低收缩率方法:调节树脂大分子链段充分伸直,固化前分子 间填充密实,固化后有紧密的空间网络。
复合材料学复习

复合材料学复习1.复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合⽽成的⼀种多相固体材料2.(1)按基体材料的类型分:⾦属基复合材料,聚合物基复合材料,⽆机⾮⾦属基复合材料(2)按增强材料的种类分:玻璃纤维复合材料,碳纤维复合材料,有机纤维复合材料,⾦属纤维复合材料,陶瓷纤维复合材料(3)按⽤途分:结构复合材料,功能复合材料3.结构复合材料是由基体、增强体和两者之间的界⾯组成,复合材料的性能则取决于增强体与基体的⽐例以及三个组成部分的性能4.5.RMC中聚合物基体的主要作⽤是:a.把纤维粘接在⼀起;b.分配纤维间的荷载;c.保护纤维不受环境影响。
6.⽆机凝胶材料主要包括⽔泥、⽯膏、菱苦⼟和⽔玻璃等7.复合材料的增强体作⽤:增加强度、改善性能8.界⾯是复合材料的特征9.复合材料的增强体按其⼏何形状和尺⼨主要有三种形式:颗粒、纤维和晶须。
与之对应的增强机理可分颗粒增强原理、纤维增强原理、短纤维增强原理和颗粒与纤维混杂增强原理。
10.颗粒增强原理分为:(1)弥散增强原理:承⼒:基体弥散颗粒:阻碍位错颗粒尺⼨越⼩,体积分数越⾼,强化效果越好(2)颗粒增强原理:承⼒:基体(主),颗粒(次)⼤颗粒:阻碍位错;承受载荷颗粒尺⼨越⼩,体积分数越⾼,颗粒对复合材的增强效果越好。
11.混合法则:纤维、基体对复合材料平均性能的贡献正⽐于它们各⾃的体积分数对于单向连续纤维增强复合材料弹性模量、抗张强度、泊松⽐、剪切强度等性能均符合混合法则。
12.平⾏于纤维⽅向称为“纵向”,垂直于纤维⽅向为“横向”12.复合材料初始变形后的⾏为:四个阶段:1)纤维与基体均为线弹性变形;2)纤维继续线弹性变形,基体为⾮线性变形;3)纤维与基体都是⾮线性变形;4)随着纤维断裂,复合材料断裂⾦属基复合材料的第⼆阶段占⽐较⼤的⽐例,⽽脆性纤维复合材料未观察到第三阶段。
13.短纤维⼀般指长径⽐⼩于100的各种增强纤维。
14.复合材料的界⾯是指⼀层具有⼀定厚度(纳⽶以上)、结构随基体和增强体⽽异的、与基体有明显差别的新相复合材料的界⾯虽然很⼩,但它是有尺⼨的,约⼏个纳⽶到⼏个微⽶,是⼀个区域,或⼀个带、⼀层,它的厚度呈不均匀分布状态15. 聚合物基复合材料界⾯及改性⽅法:在聚合物基复合材料的设计中:(1)⾸先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性;(2)还要保证有适度的界⾯结合强度;(3)同时还要减少复合材料成型中形成的残余应⼒;(4)调节界⾯内应⼒和减缓应⼒集中浸润不良将会在界⾯产⽣空隙,易产⽣应⼒集中⽽使复合材料发⽣开裂。
复合材料复习总结

120114班聚合物基复合材料复习总结(初)出品人:黄程程你们复习的时候可以把重点记在空白处n(*叁VW *)n,欢迎补充UD:unidirectional 单向性的Quasi-isotropic准各向同性的Cure固化precure预固化stiffness 刚度strength 强度toughness韧性ILSS层间剪切强度CTE 热膨胀系数(coefficient of thermal expansion)carbon fiber 碳纤维VGCF 气相生长碳纤维(vapor-phase growth)SNCB气相生长纳米碳纤维CNT碳纳米管(carbon nanotube)sizing 上浆Torayca日本东丽台塑Tairyfil 三菱树脂DialeadPCF:沥青基碳纤维(pitched-based carbon fiber)Glass fiber玻璃纤维C-GF:耐化学腐蚀玻璃纤维A-GF:普通玻纤D-GF:低介玻纤,雷达罩材料E-GF:电工用玻纤(碱金属含量<1%)S-GF高强M-GF高模AF:芳纶纤维(Aramid fiber)「「丁人:聚对苯二甲酰对苯二胺poly-p-phenylene terephthamide对位芳酰胺纤维Kevlar) PMIA:间位芳酰胺纤维(代表Nomex)DuPont杜邦Boron Fiber 硼纤维Alumina Fiber氧化铝纤维Basalt Fiber玄武岩纤维UHMWPE Fiber(ultrahigh molecular weight polyethylene超高分子量聚乙烯纤维8”1:双马来酰亚胺树脂curing agent固化剂PEEK:聚醚醚酮树脂PEK:聚醚酮树脂PES:聚醚砜树脂PEI:聚醚酰亚胺树脂PPS:聚苯硫醚树脂Epoxy resin 环氧树脂Unsaturated polyester resin丁£丁人:三乙烯四胺(triethylene tetramine)DDS:二氨基二苯基砜(diaminodiphenyl sulfone);DDM 二氨基二苯基甲烷Vinyl ester resin:乙烯基环氧树脂Phenolic resin 酚醛树脂RTM: (resin transfer molding)树脂传递模塑CAI:压缩后冲击强度Individual tows:单向带laminate 层压板Multiaxielmultiply fabric 多轴向织物或者Non-crimp fabric :NCF无皱褶织物Prepreg 预浸料unidirectional prepreg 单向预浸料Pot life 适用期(树脂)workinglife(纤维)Shelf life储存期Resin flowability 树脂流动度Lay Up铺贴Gel time凝胶时间Tack粘性drape铺覆性resin content树脂含量Fiber areal density 纤维面密度volatile content 挥发分含量Separation film 分离膜Honeycomb sandwich construction 蜂窝夹心结构Infrared spectroscopy 红外光谱ATL: Automated tape-laying自动铺带法(CATL曲面铺带;FATL平面铺带)AFP:纤维自动铺放技术Automated fiber placementPultrusion拉挤成型OoA:非热压罐成型工艺out of autoclaveAllowables 许用值design Allowables 设计许用值Robustness 鲁棒性BVID目视勉强可检ISO国际标准ASTM美国标准HB中国航空标准JC中国建筑材料工业部标准FTIR-ATR傅里叶变换衰减全反射红外光谱法1.碳纤维PAN 一般采用湿法纺丝?因为干纺生产的纤维中溶剂不易洗净,在预氧化及碳化的过程将会由于残留溶剂的挥发或者分解而造成纤维粘结,产生缺陷。
复合材料复习要点-西北工业大学经典版

聚合物基复合材料的小复习-西安交通大学注意:正如老师所言48学时每学时2分,看书为主。
第一部分:组份材料一.增强材料:重点为玻璃纤维(GF),碳纤维(CF)和高模量有机纤维的代表芳纶(Kevlar纤维)三种的组成,制备方法,结构与性能均要了解,并且对一些品种规格能够知晓,例如知道T300是指什么并且知道其强度的数量级,知晓一些特点如碳纤维高强高刚但是脆。
二.基体材料基体材料种类繁杂,考试不要求对品种进行掌握,对于其性质,作用和影响要知晓。
1.复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能和耐介质性能,复合材料的工艺性、成型方法和工艺参数都主要取决于基体材料。
2.基体材料的组分:合成树脂、辅助剂(包括固化剂、引发剂和促进剂;稀释剂)、稀释剂、增韧剂和增塑剂、触变剂(能够提高基体在静止状态下的粘度)、填料、颜料。
3.在复合材料受力时,基体起着均衡载荷、传递载荷的作用;其选配原则:使用性、工艺性能和经济性。
4.基体的基本性能与工艺性:看书了解三.界面1.三种主要纤维(即CF,GF,KF)的表面处理:对其处理方法有几种要知晓(考试内容):玻璃纤维:脱蜡处理、化学处理;碳纤维:气相氧化法、液相氧化法、阳极氧化法、等离子体氧化法、表面涂层改性法等;芳纶:氧化还原处理、表面化学接枝处理、冷等离子体表面处理。
2.偶联剂作用P1473.影响界面的粘结强度的因素:纤维表面晶体大小及比表面积;浸润性;界面反应性;残余应力对界面粘结强度的影响。
4.界面力(强度)的测定方法:单丝拔脱实验,l rl P 22max max σπτ==其中τ—界面的平均剪切强度,max P —对单丝或细棒施加的最大载荷,r —单丝或细棒的半径,l —单丝或细棒埋在基体中的长度,max σ—单丝或细棒的最大拉伸应力。
5.水对复合材料及界面的破坏作用:①水的浸入②水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用③水对树脂的降解腐蚀作用④水溶胀树脂导致界面脱粘破坏⑤水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏。
复合材料专业复习要点整理-经典汇总

⑶牌号表示法 (4)折算断裂强度 b
Pb A
100 f 0 N
Pb
纱强度低于单丝强度的原因 ⑴测量标距不同 单丝:10mm, 纱:200mm ⑵各单丝准直不一,不可能同时断裂即分批断裂 ⑶加捻-扭转力 捻度 300 时,影响才明显
.布的品种与规格 ⑴品种 按织法(侧面图):平纹布、斜纹布、缎纹布 单向布、无捻布、方格布、无纺布(无纬布) ⑵主要规格 表 2-7 经纱、纬纱规格 布的织法:平纹、斜纹、缎纹 布的厚度:反映纤维弯曲程度 布经、纬向纱的排列密度 bL、bT ——指 1cm 宽长度上排了多少根合股纱,反映纱的稀密程度 面密度(织物重量)Gf:单位面积的纤维中重量,g/m2; 拉断力 PB:标距 100mm×25mm 宽度,kg。
冷却速度↑—Tg↑—V↑—密度ρ↓ 4 玻纤性质
力学性能:应力应变关系—直线,脆性特征;强度高,模量低;强度受湿 度影响大 Griffith 微裂缝理论 强度的尺寸效应或体积效应 ① 单丝直径 df 越小,强度越大 ②测试标距 l 愈大,强度愈小 ③纤维强度分散性大
热性能:⑴耐热性(好,但高温下强度下降) ⑵导热系数——低,绝热材 料 电性能:⑴电绝缘性好 ρv= 1011 – 1018 欧.厘米含碱量↑——ρv↓(载流子)
型(IM)、高模型(HM)、超高模型(UHM)
(3) 按碳纤维的制造方法不同分
碳纤维(800-1600℃)、石墨纤维(2000-3000℃)、氧化纤维(预氧化丝
200-300℃)、活性碳纤维和气相沉积碳纤维
. 布的断裂强度
牌号表示法
碳纤维
一、分类:
(1)按先驱体纤维原料的不同
聚丙烯腈基碳纤维 PAN-based
沥青基碳纤维 Pitch-based
复合材料力学性能的复合规律

f 2
E2 E f Em E f Vf E f /VmEm 1
有人提出了更简单的关系式:E2 E f
Em E f 1Vf Vf Em
P105(7.24)
其中,Em
Em
1 m2
3、弹性理论法分析单向板的弹性性能
确定复合材料单向板弹性常数的弹性理论方法 基于各种模型和能量平衡法。
其中,Em=1
Em
2
m
2
m 基体的泊松比
分析复合材料的横向弹性模量E2时,没考虑在横
向载荷作用下,纤维和基体在纤维纵向所产生的不
同约束而引起的双轴效应明显不同。不同的约束是
由于两相的应变不同产生的,并且当两相的泊松比
不同时,则更加明显,于是Ekvall提出了对E2修正
公式:
1
Vf
Vm Vf E f m / Em
受同样的外加应力。
=2
f Ef
,
=
m
2
Em
,
= 2
2 E2
由于变形是在宽度W上产生的,所以复合材料的变 形增量为:
2
W W
W W f Wm
m
Wm Wm
Wm VmW
f
W f Wf
W f VfW
2W mVmW f V f W
2 mVm f V f
2
E2
Vm
2
Em
Vf
2
Ef
G12 、G f、Gm —分别为复合材料、纤维基体的
剪切模量
2、材料力学法预测E1、E2的修正 由于前面分析纵横向模量时,都作了一些假定,
分析材料纵向模量E1时,没有考虑基体内由于纤维 约束所引起的三轴应力情况。于是Ekvall提出了一 个考虑泊松收缩时对E1的修正公式:Biblioteka E1 E f Vf EmVm
复合材料物理和化学性能的复合规律

氢氧化物阻燃剂主要有:氢氧化铝、氢氧化镁
§8. 3 复合材料的耐化学性
耐化学性主要指耐酸、碱、盐。
一、玻璃钢的耐腐蚀性 1、玻纤——聚合物基体的界面粘接
粘附功: Wf mfm P151式(8.12)
2、界面对玻璃钢耐水性的影响 二、玻璃钢的致密性 1、介质对玻璃钢的渗透 2、耐腐蚀玻璃钢的致密性
46MPa受压负荷下)、维卡软化点温度、马丁耐热等物理量作为材料耐热性的指标。 表征聚合物基体耐热性的物理量是玻璃化温度Tg(对结晶性聚合物则是熔点Tm)
热变形温度的负荷依赖
材料
PP PP/滑石粉(30%)
PP/GF(20%) 尼龙-66
尼龙-66/GF(30%) AS
AS/GF(30%)
热变形温度(℃)
谢谢观看
含磷化合物对成焦聚合物的阻燃效果好。
1 复合材料的物理性能 用作聚合物阻燃添加剂的含磷化合物是多种多样的,例如,红磷、多磷酸铵、有机磷酸酯和亚磷酸酯、含磷聚合物等等。
3 复合材料的耐化学性 2、界面对玻璃钢耐水性的影响 空气中O2的含量为21%。 二、填料对聚合物基复合材料燃烧性的影响
含磷化合物的阻燃效果见下页表8. 三氧化钼和钼酸锑等钼化合物通常被用作PVC和含卤聚酯等塑料的阻燃剂。 阻燃性判据——氧指数(OI) 钼化物具有抑制燃烧时发烟的特点
0.46MPa
1.86MPa
105
60
145
95
162
150
190
70
255
250
100
90
115
105
3、光学性能(自学)
§8. 2 复合材料的燃烧特性 一、聚合物的燃烧特性
热散失
热分解 聚合物
复合材料概论 复习 重点

第一章总论一.复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
★二.复合材料的命名和分类★1.按增强材料形态分类(1)连续纤维复合材料:作为分散相的纤维,每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处;(2)短纤维复合材料:短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料;(3)粒状填料复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料;(4)编织复合材料:以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。
2. 按增强纤维种类分类(1)玻璃纤维复合材料;(2)碳纤维复合材料;(3)有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料;(4)金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料;(5)陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合材料。
如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料3.按基体材料分类(1)聚合物基复合材料:以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料;(2)金属基复合材料:以金属为基体制成的复合材料,如铝基复合材料、钛基复合材料等;(3)无机非金属基复合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。
4.按材料作用分类(1)结构复合材料:用于制造受力构件的复合材料;(2)功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。
三.复合材料是由多相材料复合而成,其共同的特点是:★(1)可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如,针对方向性材料强度的设计,针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。
四.影响复合材料性能的因素很多,主要取决于①增强材料的性能、含量及分布状况,②基体材料的性能、含量,以及③增强材料和基体材料之间的界面结合情况,作为产品还与④成型工艺和结构设计有关。
7 复合材料的强度与断裂

第七章复合材料的强度与断裂近代科学技术,特别是宇航、航空等工业的发展,对材料的要求越来越高。
除要具有高强、高模量、耐高温、低密度外,还对材料的韧性、耐磨、耐腐蚀等提出种种特殊要求,这对单一材料来说往往无能为力。
采用复合技术,把一些不同的材料复合起来,取长补短,来满足高性能的要求,于是产生了现代复合材料,其发展很快,前景诱人。
7.1 复合材料概述7.1.1 复合材料的定义复合材料是用两种或两种以上不同性质、不同形态的材料通过复合工艺而形成的多相固体材料。
复合材料中至少有两相,其中一相是连续的,称为基体,另一相为基体所包容,称为增加体。
复合材料不仅能保持原组分材料的部分特点,而且具有原组分材料所不具有的新性质。
通过选择、设计,使组分材料的性能相互补充,以形成具有优异性能的材料。
复合材料的性能,取决于原材料种类、形态、比例、分布及复合工艺条件等因素。
通过人为调节和控制这些因素,可获得不同性能的复合材料。
因而复合材料是一类性能可设计的新型材料,能够在广阔范围内调节其性能以满足使用要求。
7.1.2 复合材料的分类从使用上看,复合材料可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。
对于功能复合材料,主要使用它的声、光、电、热、磁等物理性能。
对于结构复合材料,由于主要应用在受力构件上,故对力学性能有较高要求,需要了解其刚度、强度、断裂等特性。
本章将仅就结构复合材料的强度和断裂问题作简要介绍。
在桔构复合材料中,通常以所用的基体材料类型来分类,如金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料等。
结构复合材料还可按增强材料的形态分类,如颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料、短纤维增强复合材料、长(连续)纤维增强复合材料等。
7.1.3 复合材料的结构类型由于增强体形态的多样化,复合材料存在着复杂的结构,正是由于这种复杂的结构,使复合材料具有组分材料所没有的特殊性能。
复合材料的结构一般可以有以下五类,如图7-1所示:图7-1 复合材料的复合体结构类型(a)网状结构:一相三维连续,另一相二维连续或两相都是三维连续。
复合材料原理第7章

时发烟的特点。表8.8为钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的 阻燃效果。从表中数据可见,无论钼化物单独使用,或与 Sb2O3或与氢氧化铝并用都能发挥出优异的阻燃效果和明显的 抑制发烟效果。
钼化物之所以有与Sb2O3如此不同的效果,可从与PVC复合塑 料燃烧残渣的元素分析结果来看,钼化物的阻燃机理主要不是 通过气相反应,而是在固相上促进碳化层的生成或者促进卤素 或卤化氢的生成以实现其阻燃效果。
26
表8.7 Sb2O3卤化物的阻燃效果
组成 PE
配方(%,质量比) PP
聚合物 100
60
100
60
85
Sb2O3
全氯环 戊癸烷
溴代联 苯醚
氧指数
17.4
13 27
24.0
17.4
10 30
27.0
5
10 27.0
PS
100
85
5
18.3
10 24.5
27
8.3.2。2 钼化物 三氧化钼和钼酸锑等钼化物通常被用作PVC和含卤聚酯等塑
聚合物的燃烧过程由两个相继的化学过程—分解和 燃烧所组成,两者通过着火和热反馈相互联系。
热散失
不燃物
热分解 聚合物
-Q1
可燃物 焦
熔融物
热散失
燃烧 +Q2 +Q2
气体 烟 碳粒
热反馈
21
以氧指数作为聚合物阻燃性的判据是 Fenimore和Martin于1966年引入的。它是 指聚合物着火后刚够维持燃烧时氧气在试 验气体(氧、氮混合气体)中的最小百分含 量。试验用标准试样在标准条件25℃和气 流线速度为(4土1)cm/s下进行。
复合材料期末复习资料

复合材料期末复习资料————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:复合材料C 复习第一章概论1. 复合材料的定义?复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
三要素:基体(连续相)增强体(分散相)界面(基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用)复合材料的特点:(明显界面、保留各组分固有物化特性、复合效应,可设计性)(嵌段聚合物、接枝共聚物、合金:是不是复合材料??)2、复合材料的命名f(纤维),w(晶须),p(颗粒) 比如: TiO2p/Al3. 复合材料的分类:1) 按基体材料类型分为:聚合物基复合材料;金属基复合材料;无机非金属基复合材料(陶瓷基复合材料)。
2)按增强材料分为:玻璃纤维增强复合材料;碳纤维增强复合材料;有机纤维增强复合材料;晶须增强复合材料;陶瓷颗粒增强复合材料。
3) 按用途分为:功能复合材料和结构复合材料。
结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构,要求它质量轻、强度和刚度高,且能承受一定温度。
功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料,即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。
第二章增强体1、增强体定义:结合在基体内、用以改进其力学等综合性能的高强度材料。
要求:1) 增强体能明显提高基体某种所需性能;2) 增强体具有良好的化学稳定性;3) 与基体有良好润湿性。
分类:f,w,p2、纤维类增强体特点:长径比较大;柔曲性;高强度。
❖玻璃纤维主要成分:SiO2性能:拉伸强度高;较强耐腐蚀;绝热性能好。
(玻璃纤维高强的原因(微裂纹)及影响因素(强度提升策略:减小直径、减少长度、降低含碱量,缩短存储时间、降低湿度等))分类:无碱(E玻璃)、有碱(A玻璃)制备: 坩埚法(制球和拉丝)、池窑法(熔融拉丝)。
复合材料力学性能

复合材料力学性能复合材料是由两种或两种以上的不同材料按照一定规律组合而成的材料。
与传统材料相比,复合材料具有独特的力学性能,以下将分别从强度、刚度、韧性、疲劳性能以及抗冲击性能等方面详细介绍复合材料的力学性能。
首先是复合材料的强度。
由于复合材料采用了不同种类的材料组合,在强度上具有明显的优势。
根据不同材料的组合方式和比例,复合材料可以获得高于单一材料的强度水平。
此外,由于复合材料具有随机分布的纤维增强体,使得复合材料具有较好的抗层状剪切破坏能力,提高了材料的整体强度。
其次是复合材料的刚度。
复合材料在刚性方面比传统材料更优越。
这是因为纤维增强体具有高弹性模量和高刚度特性,并且材料中纤维的方向性可以调整,所以在应力作用下,纤维能够承受更多的外力而不易产生位移。
因此,在力学应用中,复合材料能够提供更高的刚度和更小的变形。
再次是复合材料的韧性。
韧性是指材料在受到外力作用下产生破坏之前能够吸收的能量。
与传统材料相比,复合材料具有更好的韧性。
这是因为在复合材料中纤维的分布可以有效地防止裂纹扩展,同时由于纤维的存在可以将应力分散到整个材料中,从而提高韧性。
此外,复合材料也可以通过调整纤维增强体的类型和量来改善韧性。
复合材料的疲劳性能也是其重要的力学性能之一、在疲劳应力作用下,材料会出现裂纹的扩展,从而导致材料失效。
复合材料由于具有纤维增强体和基体的分离结构,在疲劳载荷下,纤维增强体能够吸收部分载荷,减缓增长速率,提高疲劳寿命。
此外,纤维增强体还能够增加复合材料的纵向和横向强度,降低应力集中,从而提高疲劳性能。
此外,复合材料的抗冲击性能也值得关注。
复合材料由于纤维增强体的存在,使得其在受冲击或振动载荷下具有更好的表现。
纤维增强体能够吸收冲击能量,减缓冲击载荷的传递,从而降低材料的损伤程度和失效概率。
综上所述,复合材料具有一系列优异的力学性能,如强度、刚度、韧性、疲劳性能和抗冲击性能等。
这得益于其具有多种材料的组合优势以及纤维增强体的特殊结构。
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。
复合材料力学

01
有限差分法是一种直接求解偏微分方程的数值方法。
02
该方法通过将微分转化为差分来离散化偏微分方程,然后在 离散化的网格上直接求解该方程。
03
在复合材料力学中,有限差分法常用于分析复合材料的热传 导、波传播等问题。
其他数谱分析、 摄动法、离散元素法等。
02
这些方法在复合材料力学中也有 一定的应用,特别是在某些特殊 问题的求解中。
02
复合材料的力学性能
复合材料的弹性模量
弹性模量
复合材料的弹性模量取决于其组 成材料的弹性模量和纤维方向。 通常情况下,复合材料的弹性模 量高于其组成材料的弹性模量。
纤维方向效应
复合材料的弹性模量在不同纤维方 向上存在差异,表现出各向异性。
增强效果
通过合理选择增强材料和优化复合 材料的结构,可以提高复合材料的 弹性模量。
有限元分析方法
有限元分析(FEA)是一种数值分析方法,用于解决复杂的工程问题,特别是关于 结构强度、刚度、稳定性等问题。
FEA将复杂的结构分解为若干个简单的子结构,称为“有限元”,然后对每个有限 元进行分析,最后将各个有限元的解组合起来得到整个结构的解。
有限元分析方法在复合材料力学中广泛应用于预测和评估复合材料的力学性能,包 括应力、应变、位移等。
05
复合材料力学的实验研究
复合材料力学性能的实验测试
拉伸测试
压缩测试
通过拉伸实验测定复合材料的弹性模量、 泊松比和抗拉强度等参数,以评估其在轴 向拉伸载荷下的性能表现。
压缩实验用于测定复合材料的抗压强度、 弹性模量和泊松比等参数,以评估其在轴 向压缩载荷下的性能表现。
弯曲测试
剪切测试
弯曲实验用于测定复合材料的抗弯强度、 弹性模量和挠曲模量等参数,以评估其在 弯曲载荷下的性能表现。
复合材料终极复习资料

3.复合材料的命名(1)强调基体时以基体材料的名称为主:树脂基复合材料、金属基复合材料,陶瓷基复合材料。
(2)强调增强体时以增强体材料的名称为主:玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料。
(3)基体材料名称与增强材料并用:习惯上把增强材料的名称放在前面,基体材料的名称写在后面,如:玻璃纤维/环氧树脂复合材料。
4.复合材料的分类(按基体材料分类):(1)聚合物基复合材料;(2)金属基复合材料(3)陶瓷基复合材料(4)碳基复合材料按材料作用分类:(1)结构复合材料;(2)功能复合材料。
2.环氧树脂(EP)环氧当量:含有1g当量环氧基的环氧树脂的克数。
环氧树脂的固化剂:(1)多元胺类固化剂。
(2)酸酐类固化剂。
(3)阴离子及阳离子型固化剂。
(4)树脂类固化剂。
1.不饱和聚酯树脂(UP)的固化:在引发剂(如:有机过氧化物类)、光、高能辐射的作用下,乙烯基类单体(St、乙烯基甲苯、二乙烯基笨等)可使树脂室温固化。
固化时加入MMA,可提高树脂的耐候性;若加入固化促进剂(如:叔胺),可使树脂室温固化。
固化原理:自由基共聚合反应机理:链引发、链增长、链终止固化过程及固化特征:a.凝胶阶段:树脂从液态到失去流动性成为半固体凝胶。
b.定型阶段:从凝胶到具有一定的硬度和固定的形状。
(未完全固化)。
c.熟化阶段:从定型阶段到表观上已经变硬并具有一定力学性能,经过后处理后即具有稳定的化学与物理性能并可供使用。
2.聚乙烯的用途:低密度聚乙烯(LDPE):薄膜生产、注塑用品。
线型低密度聚乙烯(LLDPE):薄膜生产、制造扁丝、编织袋。
高密度聚乙烯(HDPE):a.注塑制品:工业容器、家用电器、玩具等。
b.薄膜制品:食品包装。
c.中空吹塑制品:食品、药品、化妆品的包装瓶等。
超高分子量聚乙烯(HUMWPE):可作为工程塑料在汽车、机械、原子能以及宇宙飞行等领域得到重要应用。
聚乙烯管材:生活用水和煤气管道、农业排灌用管道等。
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则有: 11m1f
1 E11 m Em1 f Eff
当外加应力作用在由纤维横截面积 A f 和基体横截
面积 A m 组成的复合材料横截面积A上,纤维和基
体平行地承受应力,则有:
F Ff Fm
1Af Af mAm
设 V f 和 V m 分别为复合材料中的纤维体积含量和
基体体积含量,则有:
Vf
Af l Al
Af A
Vm
Aml Al
Am A
Vf Vm 1
1fVf mVm
E1EfVf EmVm 混合定律
或 E 1E fV f E m (1V f)
上式为复合材料性能与复合材料组成性能加权和 之间的关系,被称为混合定律。
⑵ 单向板的横向弹性模量E 2
22m2f
垂直于纤维的横向载荷等同地作用载纤维和基 体上,即可以看作纤维与基体的串联模型,两者承 受同样的外加应力。
⑶单向板的主泊松比ν12
复合材料的主泊松比——是指在轴向外加应力时横 向应变与纵向应变的比值。
横向收缩,纵向伸长
主泊松比
12
2 1
1 —纵向应变
2 —横向应变
横向变形增量 W 为:
WWf W m
W
12
W 1
W f
f
V fW 1
Wm
m
V mW 1
12 1 W V f f 1 W V mm1 W
简单模型:
⑴ 单向板的纵向弹性模量E 1
1 ,1 - - 复 合 材 料 的 最 终 应 变 和 应 力
1 m ,m - - 基 体 的 应 变 和 应 力
1 f,
- - 纤 维 的 应 变 和 应 力
f
复合材料、基体和纤维的弹性模量分别为:
E1
Em
Ef
当一拉伸载荷沿平行于纤维方向作用在单向板上时:
公式: 1Vf VmVf Efm/Em f 2 E2 Ef Em Ef VfEf /VmEm 1
有人提出了更简单的关系式:E 2 E f
E m E f 1 V f V f E m
P105(7.24)
其
中 , E m
Em
1 m2
3、弹性理论法分析单向板的弹性性能
确定复合材料单向板弹性常数的弹性理论方法 基于各种模型和能量平衡法。
纤维分布的邻接概念
● Halpin和Tsai利用简化的方法,提出了复合材 料弹性性能的预测方程:
E 1E fV f E m (1V f)
12 fVf m (1Vf)
P107(7.30)
Mc 1 Vf Mm 1Vf
而
fVf mVm
而 G 12
f
Gf
m
Gm
G12 Gf
Vf
GmVm
1 Vf Vm G12 Gf Gm
或
G12
Gf
Gf Gm Vm GmVf
G 12 、G f 、G m —分别为复合材料、纤维基体的
剪切模量
2、材料力学法预测E1、E2的修正 由于前面分析纵横向模量时,都作了一些假定,
分析材料纵向模量E1时,没有考虑基体内由于纤维 约束所引起的三轴应力情况。于是Ekvall提出了一 个考虑泊松收缩时对E1的修正公式:
细 观 力 学 处 理 方 法 “ “ 材 弹 料 性 力 理 学 论 ” ” 法 法
宏观力学:依据单向复合材料的物理和力学试验所 得到的结果来进行分析。即根据单向复合材料的纵 向弹性模量E1、横向弹性模量E2、主泊松比ν12、面 内剪切模量G12以及适当的强度平均值,用宏观力学方 法来设计或预测复合材料的性能。
E 1 E f V f E m V m
其
中
,
E
=
m
1
Em
2
m
2
m 基 体 的 泊 松 比
分析复合材料的横向弹性模量E2时,没考虑在横 向载荷作用下,纤维和基体在纤维纵向所产生的不 同约束而引起的双轴效应明显不同。不同的约束是 由于两相的应变不同产生的,并且当两相的泊松比 不同时,则更加明显,于是Ekvall提出了对E2修正
12Vff Vm m
⑷单层板的面内剪切模量G12
假定纤维和基体所承受的剪切应力相等,并假 定复合材料的剪切特性是线性的,总剪切变量为D。
试样的剪切特性: f m
若试样宽度为W,则有剪切应变:
D W
DW
若D
和
f
D
分别为纤维和基体的变形量,则有
m
DDf Dm
f
D WV f
m
D WV m
WfWfVmWm V
式中:
12 (1 (1 m m 2 2 m 2) m 2f)E E ffV V ff ( (1 1 ff
2f2)m E m V m 2f2)E m V m
当 12f m时,则上界变为:
E1EfVf EmVm
⑵直接法确定单向板的弹性常数 邻接度(c):纤维之间的接近程度。(Tsai提出) c可由实验确定
f=E2f , m=Em 2, 2= E22
由于变形是在宽度W上产生的,所以复合材料的变 形增量为:
2
W W
WWf W m
m
Wm Байду номын сангаасm
Wm VmW
f
Wf Wf
Wf Vf W
2Wm Vm WfVfW 2mVmfVf
2
E2
Vm
2
Em
Vf
2
Ef
1 Vm Vf
或
E2 Em Ef
E2
EmVf
EmEf Ef (1Vf )
第七章复合材料力学性能的复合规律
连续纤维增强复合材料的力学复合表面及 界面的化学基础
短纤维增强复合材料的力学复合关系 粒子复合材料的力学性能
引言
复合材料力学复合的两个方面
细观力学 宏观力学
细观力学:根据增强体和基体性能及相互作用来了 解复合材料(更多的是单向复合材料)的特性,用 近似的模型来模拟复合材料的细观结构,然后根据 复合材料组分的性能来预测材料的平均性能。
⑴ 能量法确定单向板的弹性常数
E 1的下界的确定: 1 Vm Vf E2 Em Ef
而
E1 E2
1 Vm Vf E1 Em E f
( E 1 的下界)
E 1 的上界确定:
E 1 1 ( 1 f 4 f f 2 1 f 2 2 2 )12 2 E fV f 1 ( m 1 4 m m 2 1 m 2 2 2 )12 2 E m V m
两方法均以复合材料的组分特性来确定复合材料的 弹性模量和强度。
§7.1 连续纤维增强复合材料的力学复合
纤 维 形 态 非 连 连 续 续 纤 纤 维 维 ( 短 纤 维 ) 或 晶 须 晶须:长度为100~1000μm,直径约为1~10μm的单 晶体。
一、单向板的力学性能 1、材料力学法分析单向板的弹性性能