文档介绍：第五章聚合物基复合材料
1、聚合物基复合材料的种类和性能
2、聚合物基复合材料结构设计
3、聚合物基复合材料成型加工技术
4、聚合物基复合材料的应用
聚合物基复合材料:聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体,纤维类增强材料为增强剂的复合材料。
基体材料由于其粘接性能好,把纤维牢固地粘接起来。同时,基体又能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显示了各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。
发展简况
聚合物基复合材料发展史第一阶段:20世纪40年代初~20世纪60年代。
聚合物基复合材料发展史第二阶段:20世纪60年代中期~20世纪80年代初
聚合物基复合材料发展史第二阶段:20世纪60年代中期~20世纪80年代初
聚合物基复合材料的特点

聚合物基复合材料的突出优点是比强度及比模量高。比强度是材料的强度与密度之比值,比模量是材料的模量与密度之比值,其量纲均为长度。复合材料的高比强度和高比模量来源于增强纤维的高性能和低密度。玻璃纤维由于模量相对较低、密度较高,其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于金属材料。
,破损安全性能高
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。复合材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展,其疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始,裂纹扩展或损伤逐步进行,时间长,破坏前有明显的预兆。
复合材料的破坏不像传统材料由于主裂纹的失稳扩展而突然发生,而是经历基体开裂、界而脱粘、纤维拔出、断裂等一系列损伤的发展过程。基体中有大量独立的纤维,当少数纤维发生断裂时,其失支部分载荷又会通过基体的传递面迅速分散到其他完好的纤维上去,复合材料在短期内不会因此而丧失承载能力。内部有缺陷、裂纹时,也不会突然发展而断裂。

复合材料有较高的自振频率,其结构一般不易产生共振。同时,复合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力,致使材料的振动阻尼很高,一旦震动起来,在较短时间内也可停下来。

(1)瞬时耐高温性、耐烧蚀性好。玻璃钢的导热系数只有金属材料的1%,同时可制成具有较高比热容、熔融热和气化热的材料,可用作导弹头锥的耐烧烛防护材料。(P79)
(2)优异的电绝缘性能和高频介电性能。玻璃钢是性能优异的高频绝缘材料。同时具有良好的高频介电性能,可用作雷达罩的高频透波材料。
(3)良好的摩擦性能。碳纤维的低摩擦系数和自润滑性,其复合材料具有良好的摩阻特性和减摩特性。
(4)优良的耐腐蚀性。
(5)有特殊的光学、电学、磁学的特性。

(1)可以根据制品的使用条件、性能要求选择纤维、基体等原材料,即材料具有可设计性。
(2)可以根据制品的形状、大小、数量选择加工成型方法。
(3)可整体成型,减少装配果件的数量,节省工时,节省材料,减轻质量。

纤维复合材料一个突出的特点是各向异性,与之相关的是性能的可设计性。纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树脂的种类和体积含量而定外,还与纤维的排列方向、铺层次序和层数密切相关。因此,可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不问,选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。利用这一特点,可以实现制件的优化设计,做到安全可靠,经济合理。
分类
复合材料
增强纤维种类
玻璃纤维增强型
碳纤维增强型
芳纶纤维增强型
基体材料性能
通用型
耐化学介质腐蚀型
耐高温型
复合材料成型
固化方式
常温常压固化成型
高温加压固化成型
阻燃型
聚合物基体的结构形式
热固性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料
(代号GFRP)
玻璃纤维增强热固性塑料是指玻璃纤维(包括长纤维、布、带、毡等)做为增强材料,热固性塑料(包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)做为基体的纤维增强塑料。俗称玻璃钢。根据基体种类不同,可将GFRP分成三类,即玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂。