第5章-2-复合解决方案.ppt

高分子复合材料材料科学与工程学院李晓萌概念概念复合材料:由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质,用适当的工艺方法组合而成的具有复合效应的多相固体材料。复合材料的结构组成?结构通常由一相为连续相,另一相以独立形态分布于连续相的分散相; ?分散相的存在,使材料性能发生显著的变化; ?构成连续相的物质称为基体,构成分散相的物质称为分散质,或称增强剂。复合材料的特点:多相体系和复合效应复合材料的分类?按使用性能分类结构复合材料(力学复合材料):以提高力学性能为目的的复合材料。功能复合材料:具有特殊功能的复合材料。如以锆钛酸铅粉末与高分子树脂复合制成压电复合材料,成型加工性好,而且压电系数提高。?按基体材料分类金属基复合材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料碳基复合材料?按分散质分类纤维增强复合材料粒子填料改性复合材料聚合物-聚合物复合材料高分子复合材料---树脂基复合材料高分子复合材料---树脂基复合材料?减震性树脂基体和复合材料的界面均具有吸震能力。?比强度、比模量大指材料强度和模量与相对密度之比,是衡量材料承载能力的指标,其值越大,材料刚性越大。?良好的抗疲劳性能及过载安全性抗疲劳性好,金属疲劳破坏常为无征兆突然破坏,而树脂基复合材料中纤维与基体的界面可阻止裂纹发展(金属的疲劳极限仅为其拉伸强度的 40 ~50%,而复合材料可达 70 ~80 %) 。?耐烧蚀性能好树脂基体的比热、熔融热、汽化热都高于金属,短时耐高温性优于金属材料,可作为有机消融材料用于卫星返回舱。?长期耐热性差性一般在 200 ℃以下,高性能复合材料在 500 ℃以下。?工艺性好常采用整体成型,工艺简单,加工周期短,成本较低。?可设计性强可利用纤维取向控制,使材料在不同的方向具有不同的强度,以满足不同的需要。?耐大气老化性差使用寿命短,一般不超过 20 年。?层间剪切强度低一般不到拉伸强度的 10% ,且性能分散性大,难以承受受力复杂的情况。聚合物基体的作用?将纤维粘结成一个整体; ?保护纤维免受湿气、空气的侵蚀,免受磨损; ?将所受外力均匀分散于纤维(起传递载荷的作用); ?承受层间剪切、压缩、扭曲载荷,基本不承受拉伸载荷。断裂应变应高于增强体。聚合物基体聚合物基体聚合物基体层间剪切强度压缩强度扭曲强度耐燃性耐老化成型工艺性能决定聚合物基体的特点?基体必须为连续相; ?基体受热或外力冲击时,必须能产生塑性流动,把能量传递给增强纤维; ?基体应有一定的强度和耐热性、耐水性; ?基体与纤维的粘附性要好。因除强度外,其它性能几乎都决定于基体、基体与纤维的界面性能; ?纤维与基体复合时,加工应简单易行。聚合物基体的种类?酚醛树脂---耐热性最好?环氧树脂---综合性能最优,可室温固化?不饱和聚酯树脂---加工性能最好热固性树脂?预聚物分子量低,固化前流动性好,适合多种工艺。?固化后材料的强度和模量高、蠕变小、热变形温度高,断裂伸长率小( ~7% ),单向强度大。?热固性树脂占统治地位,包括:环氧、不饱和聚酯、聚酰亚***、双马来酰亚***树脂。玻璃钢( GFRP ):以热固性树脂为基体,以玻璃纤维为增强剂构成的复合材料,产量占纤维增强树脂基复合材料总量的 90% 。常用热塑性树脂基体?碳链: PE 、 PP 、 PS 、 PMMA 、 PTFE 等?杂链: PA 、 PET 、 PBT 、 PC 、 PPO 、 PPS 、 PSF 、 PEEK 热塑性树脂?断裂伸长率大(20 ~30%) ,韧性好,强度和模量低,易蠕变; ?制品损伤后易修补,废料易回收; ?用常规塑料成型方法,大多用短纤维,单向强度小,三维强度大体相等; ?相对分子质量高,对纤维的浸润性差,用长纤维成型困难; ?因高性能热塑性工程塑料的开发,其作为基体发展迅速。碳链: PE 、 PP 、 PS 、 PMMA 、 PTFE 等添加在树脂中,使其力学性能得到显著提高的纤维状物质或织物。作用在复合材料中构成骨架,承载外力(主要是拉伸强度和拉伸模量),是力学性能和热性能的主要提供者。分类?无机纤维:玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、石棉、陶瓷纤维及金属纤维?有机纤维:合成纤维(芳纶、超高摩尔质量聚乙烯纤维)、棉、麻、纸增强剂增强剂