聚合物基复合材料 ppt课件

比模量 100GPa
0.27 0.21 1.5 1.0
抗拉强度与密度 之比
比强度高的材料 能承受高的应力
弹性模量与密度之 比 比模量高说明材料 轻而且刚性大
采用复合材料可大 大减轻构件或制品 的重量
聚合物基复合材料的特性
疲劳破坏的种类不同： 金属： 突发性破坏 疲劳强度极 限是其拉伸强度的30%~50% 聚合物基复合材料： 有预兆破坏 极限为拉伸强度的70%~80%
学生实验过程及作品
聚合物基复合材料的特性
聚合物基复合材料的特性
材料种类 性能
钢 玻璃钢 碳纤维/环氧 硼纤维/环氧
比重
7.6 2.0 1.6 2.1
抗拉强度 GPa 1.03 1.06 1.07 1.38
弹性模量 100GPa
2.1 0.4 2.4 2.1
比强度 GPa 0.13 0.53 0.7 0.66
聚合物基复合材料的特性
增强纤维的缺陷少,抗疲劳性好，基体的塑性好, 抑制微 裂纹的出现，即使形成微裂纹,在裂纹的缓慢扩展过程 中,基体的纵向拉压将引起其横向收缩,而在裂纹尖端的 前缘造成基体与纤维分离,基体(如聚合物基)的塑性形 变也能使裂纹尖端钝化,减缓其扩展。
聚合物基复合材料的特性
受力结构的自振频率有关因素： 结构形状 比模量的平方根成正比
高性能CF、BF GF、KF CF KF、CF GF、KF、Al2O3
树脂的选择：
（1）基体材料能在结构使用温度范围内正常工作 （2）具有一定的力学性能 （3）基体的断裂伸长率不小于纤维的，以充分发挥纤维的增
强作用 （4）具有满足使用要求的物理、化学性能，如吸湿性、耐介
2．原料选择
选择原则：满足性能要求，廉价，易于获得。 （1）比强度、比刚度高的原则
（2）材料与结构的使用环境相适应的原则
（3）满足结构特殊性要求的原则
（4）满足工艺性要求的原则
（5）成本低效益高的原则
2．原料选择
纤维选择特殊要求： • 高强度，高刚度 • 高抗冲击 • 低温性能 • 尺寸稳定 • 透波，吸波
⑵、环氧玻璃钢
H H2
CH3
H2C C C O
O
CH3
H2
H2
O C CH C O
OH n
CH3
H2 H
O C C CH2
CH3
Hale Waihona Puke Baidu
O
• 综合力学性能最好，粘结能力最强， 与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸 稳定性好，耐蚀性好；收缩率只有12%，粘度大，施工困难，成型需要 加热。
⑶．酚醛玻璃钢
OH
OH
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品种
1、GF增强热固性塑料（GFRP）---- 玻璃钢
⑴、聚酯玻璃钢
*O
CH3
H2
C
C
H
O HH
O CC C
O
CH3
O
C O CH CH2 O C
O C*
n
加工性能最好。低粘度，可室温固化； 价低，用量占80% 。透光性好，可制 作采光瓦。收缩率大，耐酸碱性差。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料是由物化性质截然不同的增强材料和有 机高分子化合物通过一定工艺方法复合而成的多相固体材料。
影响聚合物基复合材料性能的因素：
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 2、增强材料的含量及其排布方式与方向 3、不同的成型工艺 4、增强材料与基体的界面粘接状况
体育馆采光
透光型玻璃钢
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP)
特点：
⑴、比重最轻1.1～1.6
雾灯
⑵、抗儒变性等力学性能明显提高
车门反射镜架
⑶、热学性能大大改善>50% ⑷、尺寸稳定性提高
车用立体声音响喇叭
3、高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量高的材料；耐腐蚀耐热都很
好。抗冲击性较好，价格昂贵。
同时，复合材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的 震动阻尼很高，即使激起振动也能很快衰减。
• 对相同尺寸和形状的梁进行振 动试验的结果表明,对同一振动, 轻合金梁需要9秒钟才能停止,而 碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤 维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根， 多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤 维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的 纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能 力而断裂，仍能安全使用一段时间。
单层设计
层合板设计
结构设计
实验校核
1．设计条件
• 载荷情况
静载 ---- 强度，刚度。 动载 ---- 抗冲击强度。 交变 ---- 疲劳强度。
• 环境条件：温度，湿度，腐蚀等。可能引起的强度 下降。（如GF、KF耐湿性差）
• 功能性要求：如烧蚀、润滑、导电、导热、防雷电、 抗电磁干扰、透光等。
• 结构可靠性和经济性。
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
OH
OH
OH
H2
H2
H2
H2
C
C
C
C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2
CH2
OH
OH
OH
OH
OH
• 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达 1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电 弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮 肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
赛艇、帆船壳体
⑵、芳纶纤维增强塑料 • 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 • 抗拉强度与C纤维相当，冲击强度远高于C纤维；
振动衰减是玻璃钢的4～5倍。 • 抗压性能差。
⑶、B纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比C纤维还贵。
⑷、SiC纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。
碳纤维头盔
地铁闸瓦
C 纤 维 增 强
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
包括：材料设计和结构设计。
• 材料设计：根据使用要求，选取原材料；安排合适的 工艺路线，将其制成满足性能要求的材料。
• 结构设计：确定构件的最终构型、几何尺寸、组合关 系等，使之满足力学性能，安全寿命，可加工性和经济 性要求。
设计过程：
确定设计条件
原料选择