第8章结构复合材料.pptVIP

耐侯性能的改善： 保持FRP透光率的防老化措施 ○ ○ 降低玻璃纤维含量 ○ 采用适当固化剂 其他 ○ 提高固化剂 ○ ○ 表面毡与富树脂层 ○ ○ 胶衣层 △ ○ △ ○ 表面覆盖聚酯薄膜 △ ○ △ △ 表面覆盖氟薄膜 针对FRP表面 ○ 减少纱中单丝根数 △ 改进偶联剂、浸润剂 针对玻纤 ○ ○ ○ 提高耐水性及韧性 ○ ○ 采用MMA单体 ○ △ 添加紫外线吸收剂 针对树脂 防止侵蚀及裸露 防止微裂纹 防止白化 防止变黄 措施 思路 注：△：效果显著； ○：效果较好 水能溶解和破坏玻纤的SiO2网络，同时加速玻纤表面微裂纹的扩展，从而降低玻纤的拉伸性能。 水可使树脂大分子溶胀，导致树脂内聚强度降低；水对树脂产生增塑作用，降低其弹性模量；能使酯键、醚键发生水解，造成断链、降解等， 水能破坏纤维-树脂界面，沿界面渐渐侵入，从而降低了FRP的层间剪切性能和弯曲性能 耐水性能 1 纤维进行偶联剂表面处理 提高FRP耐水性的方法： 2 选用耐水性好的树脂 3 表面采用表面毡形成富树脂层 4 表面涂层，表面贴附氟薄膜、聚酯薄膜等 9. 2 碳纤维及其复合材料 碳纤维增强复合材料 CFRP 作为第二代高性能复合材料，在性能、价格平衡关系中被公认为航空、航天工业杰出的高性能结构材料。 碳纤维增强复合材料的比强度和比模量都分别高于国外公认的作为高性能复合材料的最低值4×106cm和4×108cm。 GFRP和CFRP的部分性能对比 材料 密度 g／cm3 拉伸强度 MPa 比强度 ×106cm 模量（GPa） 比模量 ×108cm GFRP 2.0 120 6.0 4.2 2.1 CFRP 1.6 180 11.2 12.8 8.0 未来的大型航天空间站的结构材料将建立在这些热膨胀系数低的轻质、高强材料基础上；传统用的精细量具亦需用热膨胀系数低的材料。CF增强环氧塑料具有随温度降低而力学性能提高的特性，可用于低温环境，并具有抗热冲击性。CFRP可以制作优质的话筒、扩音器材以及其他音响器材。 性能 密度小，高强度，高刚度，热膨胀系数低，耐疲劳和耐腐蚀等。 应用： 航空、航天工业，机械工业和体育用品 耐疲劳性优良，在运输、机械工业中用作工程材料、载重桥梁等，是金属材料所不能匹敌的。 解决了一般金属所不能解决的耐海水腐蚀问题。海洋油田钻井用的外套管材料，各种耐化学品容器和反应器材、零部件等。 缺点 脆性，断裂延伸率低。 导致冲击强度和层间剪切强度等性能变坏 解决措施 用碳纤维和玻璃纤维或芳纶纤维混合增强的形式，由这些混合纤维增强的复合材料兼顾了高性能复合材料对模量、强度和韧性的要求，能够同时满足多种性能的需要，增加了材料设计的自由度，扩大了碳纤维复合材料的应用领域。 以碳为基体的碳纤维增强材料。 60年代发展起来，目前最理想的耐高温材料。 碳／碳复合材料 优越性 兼备碳的惰性和碳纤维的高强度，在高达3000℃缺氧的条件下，依然能保持一定的强度。具有低密度、高强度、高刚度和高温稳定等优良性能，是航天飞机和其他军事装备的理想耐高温结构材料。 碳/碳复合材料的整体都是碳。碳原子间极强的结合力赋予材料极强的惰性，这种惰性又赋予碳/碳复合材料在其他材料都无法承受的苛刻环境中仍保持自己的形态和性能。 惰性 碳的性能 耐高温性 耐化学药品性 碳的加工温度可高达2755K，处于如此高的温度下碳的微观结构和化学组成仍不发生改变，高温尺寸稳定性极佳。 对化学品也显示出奇的惰性，仅在高温下才与氢和周期表第6和第7列中的元素起反应，诸如氧、硫、氟和氯等。 碳纤维 赋予CFRC高强度和抗冲击性。在常温或中温下CFRC的强度一般比耐热合金低，但在高温条件下，金属合金的强度迅速下降，而碳/碳复合材料的强度却略有升高。单向碳纤维增强的CFRC其沿纤维轴向的强度甚至在常温下都比超耐热合金高。 * 结构复合材料 工程应用的角度 结构复合材料 功能复合材料 以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工程所应用 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。 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。 无机非金属基复合材料 基体材料 树脂基复合材料 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 分类： 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 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 短纤维增