聚合物基复合材料.PPT

⑵、刚度预测与核定 理论推测，实验核定。 ⑶、强度预测与核定 ? 横向强度预测困难，以实验为准。 ? 纵向拉伸强度 （纤维延伸率小，首先断裂。） 纤维量多，取决于纤维和基体 纤维量少，取决于基体 ? 纵向压缩强度 取计算结果小者 最后以实验校核为准 4、层合板设计 内容包括：确定铺层取向，铺层顺序，层合厚度。 0/+45/90/-45° 0/90° 0° ⊥45° 5.铺设技术要点： 对称铺设：与主应力方向、厚度中心对称。 铺层方向按承载选取原则 铺设顺序 边缘包层 冲击载荷区以0°层承载， ⊥45°层分散应力均衡负荷。 ?厚度变化区以阶梯过渡。 冲击载荷 分散应力 主承载 6、实验校核 按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核，结果与设计值比较。 设计值 = 安全系数 x 使用值 安全系数选取： ? 玻璃纤维 2～3 ? 高强度纤维 1.5～2 ? 民用取上限，军事用途可取低些。 自然界的纳米高手 自然界的纳米高手 自然界的纳米高手 纳米复合材料的定义 纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。 纳米复合材料（nanocomposites）是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。当纳米物质为分散相，有机聚合物为连续相时，即为聚合物基纳米复合材料。 * * * 聚合物基复合材料 聚合物基复合材料 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 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。 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 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 材料种类 性能 比重 抗拉强度GPa 弹性模量100GPa 比强度GPa 比模量100GPa 钢 7.6 1.03 2.1 0.13 0.27 玻璃钢 2.0 1.06 0.4 0.53 0.21 碳纤维/环氧 1.6 1.07 2.4 0.7 1.5 硼纤维/环氧 2.1 1.38 2.1 0.66 1.0 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% 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 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。 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 Learning? is a trademark used herein under liense. 品种 1、GF增强热固性塑料（GFRP）---- 玻璃钢 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。 ⑴、聚酯玻璃钢 ⑵、环氧玻璃钢 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