聚合物基复合材料 教学课件 作者 顾书英任杰 编著 第二篇 第五章.pdfVIP

第五章聚合物基复合材料 聚合物基复合材料的力学性能特点 3 比强度高 纤维增强树脂基复合材料的密度在1.4～2.2g ／cm 之 间，约为钢的1 ／5～1 ／4，而强度与一般碳素钢相近。因此，树 脂基复合材料的比强度很高。 各向异性 纤维增强树脂基复合材料的力学性能呈现明显的方向依 赖性，是一种各向异性材料。因此在设计和制造该类复合材料时， 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。 弹性模量和层间剪切强度低 玻璃纤维增强树脂的弹性模量较低， 因此作为结构件使用时，常感到刚度不足。碳纤维增强树脂基复合 材料的弹性模量和层间剪切强度较高，60 ％体积含量的碳纤维增强 环氧树脂具有135GPa的弹性模量，高于铅(70GPa)和钛合金 (110GPa)(6A1—4V)的弹性模量值。 性能分散性大 由于纤维增强树脂基复合材料受一系列因素(甚至包 括操作人员熟练程度和工作态度）的影响，因此其性能是不稳定 的，离散系数较大。例如3号钢屈服强度极限的离散系数为3%，而 手糊平衡型双向复合材料的强度离散系数有时可达15% 聚合物基复合材料的拉伸性能 单向增强树脂基复合材料沿纤维方向的拉伸强度σL 及拉伸模量E 均随纤维体积含量V 的增大而正比例 L L 增加。 对于采用短切纤维毡和玻璃布增强的复合材料层合 板来讲，其拉伸强度及拉伸模量虽不与Vf成正比增 加，但仍随Vf增加而提高。 一般，等双向复合材料的纤维方向的主弹性模量大 约是单向的0.5∼0.55倍；混杂纤维增强树脂基复合 材料近似于各向同性，其弹性模量大约是EL 的 0.35～0.40倍。 聚合物基复合材料的压缩性能 树脂基复合材料的压缩破坏取决于基体材料的破坏， 而拉伸破坏取决于纤维增强材料的破坏。因此，提高 树脂基复合材料压缩性能应着眼于选用抗压强度较高 的树脂基体。 纤维增强树脂基复合材料的压缩特性类似于拉伸特 性，在应力很小，纤维未压弯时，压缩弹性模量与拉 伸弹性模量接近。 另外，增强材料的选择也会影响复合材料的压缩特 性，玻璃布增强的玻璃钢的压缩弹性模量大体是单向 增强的0.5～0.55倍，纤维毡增强的玻璃钢的压缩弹性 模量大体上是单向增强的0.14倍。 聚合物基复合材料的弯曲性能 玻璃钢的弯曲强度和弯曲弹性模量都随体积含量的 上升而提高，而且依纤维增强材料的种类、铺层方 式、纤维织物种类的不同而各异。 纤维增强树脂复合材料的弯曲破坏首先表现为增强 纤维与基体材料界面的破坏，其次是基体材料的破 坏，最后才是增强材料的破坏。 聚合物基复合材料的剪切性能 由于纤维增强树脂复合材料的剪切强度与纤维的 拉伸强度并无多大关系，而与纤维--树脂界面粘结 强度和基体树脂强度有关。 因此纤维增强树脂复合材料的层间剪切强度与纤维 含量有关，常取值在100∼130MPa之间。 实验表明，随纤维含量增大，复合材料的剪切弹性 模量上升，剪切特性亦呈现方向性。 聚合物基复合材料的疲劳性能 影响树脂基复合材料疲劳特性的因素很多，其疲劳 强度随静态强度的提高而增大，若以疲劳极限比 (疲劳强度／静态强度)表示，则107次时比值大约 在0.22～0.41之间。 每种纤维增强复合材料都存在一个最佳纤维体积含 量，如无捻粗纱玻璃布增强的玻璃钢层合板的最佳 纤维体积含量约为35 ％，斜纹玻璃布增强的玻璃钢 层合板的最佳纤维体积含量约为50 ％。当纤维体积 含量低于或高于最佳值时，其疲劳强度都会下降。 聚合物基复合材料的冲击性能 纤维增强树脂基复合材料的冲击特性主要决定于成型方法和增强 材料的形