济南大学复合材料原理第9章PPT课件

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。
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。
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（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。
27.7 247 13.8 148 10.8
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 9.010
1、机械性能的特点 （1）比强度高
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
0.313 0.174
0.189
0.266
0.180
0.496
0.408
0.432
0.177
0.268 0.193
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增强材料及成型方法和强度的关系
6
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
4.0
角度 0º45º90º0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º
206
225
104
211
142
253
407
201
274
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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
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
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)
2
分类：
wk.baidu.com树脂基复合材料
基体材料
无机非金属基复合材料
金属基复合材料陶瓷基复合材料、石膏基 复合材料、水泥基复合材 料、氯氧镁基复合材料、 碳基复合材料
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增强纤维的类型
碳纤维复合材料
玻璃纤维复合材料 有机纤维复合材料
硼纤维复合材料 混杂纤维复合材料
增强物的外形
连续纤维增强复合材料
纤维织物或片状纤维 短纤维 粒状填料
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
(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
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
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2. 静态特性 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 。
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
10.9
11.0
10.2 8.7
16.9 10.7
(GPa)
9.3
16.9
19.9
10.0
16.7
弯曲强度 137
262
403
199
295
(MPa)
139
4
9.1 玻璃纤维增强聚合物复合材料
增强体 玻璃纤维
基体
聚合物
不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂
近代复合材料中的第一代产品，集中了玻 璃纤维和聚合物的优点，比强度高、绝热、耐 烧蚀、电绝缘、抗磁和成型制造方便等优点。
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影响复合材料性能的因素：原材料、结构设计方法 及成型工艺。
(1) 基体材料的含量及化学性质; (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。
5.7
7.2
6.7
12.3
7.6
8.3
15.1
7.3
7.1 12.3
8
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
4.0
角度 0º45º90º0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º 0º45º90º
结构复合材料
工程应用的角度
结构复合材料
以其力学性能如强 度、刚度、形变等 特性为工程所应用
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁等物理 特性为工程所应用，诸如压电材 料、阻尼材料、自控发热材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、生物 相容性材料、磁性分离材料。
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作用：主要用作承力和次承力结构。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 组成：由增强体和基体复合而成，前者是复合材料中承受 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体，并 起传递应力和增韧的作用。