复合材料的性能优秀PPT.ppt
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1、复合材料的性能第1页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导:导热系数,导热系数,W/(m K),表征材料的导热能力。,表征材料的导热能力。材料本身的特性材料本身的特性 温度的函数温度的函数 5.1PMC的热性能的热性能 第2页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导5.1PMC的热性能的热性能 第3页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导5.1PMC的热性能的热性能 第4页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导5.1PMC的热性能的热性能 第5页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导5.1PMC的热性能的热性能 第6页,本讲稿共58页 5.1.1热传导热传导5.1PMC的热性能的热性能
2、 第7页,本讲稿共58页 5.1.2比热比热定义:单位质量的物质升温定义:单位质量的物质升温 1 所需的热量称之。所需的热量称之。与别的性质不同,复合材料的比热与组材料的比热间的关系比较简与别的性质不同,复合材料的比热与组材料的比热间的关系比较简单,符合加和性原理:单,符合加和性原理:5.1PMC的热性能的热性能 第8页,本讲稿共58页 5.1.2比热比热比热的测试方法主要有比热的测试方法主要有卡计法、电脉冲加热法卡计法、电脉冲加热法与比较法。与比较法。5.1PMC的热性能的热性能 图图 5-2 下落等温铜卡计比热测试法下落等温铜卡计比热测试法 装置原理图装置原理图第9页,本讲稿共58页 5.
3、1.2比热比热测试温度为测试温度为T的试样及度样筒在很短的时间内落入温度为的试样及度样筒在很短的时间内落入温度为 TK的铜卡的铜卡计中,若试样筒与铜卡计达成热泪盈眶平衡后的温度为计中,若试样筒与铜卡计达成热泪盈眶平衡后的温度为TB,则试样及试样,则试样及试样筒的总热焓的减少量等于铜卡计的热焓增加量,即:筒的总热焓的减少量等于铜卡计的热焓增加量,即:(mCP+mT CPT)(T-TB)=mk CPK(TB-TK)其中,其中,m试样的质量;试样的质量;CP试样的比热;试样的比热;mT 试样筒的质量;试样筒的质量;CPT 试样筒的比热;试样筒的比热;mk 铜卡的质量;铜卡的质量;CPK 铜卡的比热。
4、铜卡的比热。空白试验中试样筒与铜卡计达成热平衡后的温度为空白试验中试样筒与铜卡计达成热平衡后的温度为TB,则有:,则有:mT CPT(T-TB)=mk CPK(TB-TK)CP=(mk CPK/m)(TB-TB)/(T-TB)5.1PMC的热性能的热性能 第10页,本讲稿共58页 5.1.2比热比热5.1PMC的热性能的热性能 复合材料的比热的复合效应与其复合状态无关,而只与组分复合材料的比热的复合效应与其复合状态无关,而只与组分材料因素有关,表现为最简单的平均效应。材料因素有关,表现为最简单的平均效应。第11页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能热膨胀系数:热膨胀系数:表征材料受
5、热时线度或体积的变化程度。表征材料受热时线度或体积的变化程度。=(L/T)P/L=(V/T)P/V =(L/T)/L =(V/T)/V =1+2+3 =3 5.1PMC的热性能的热性能 第12页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能负膨胀系数和零膨胀系数材料负膨胀系数和零膨胀系数材料5.1PMC的热性能的热性能 第13页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能 5.1PMC的热性能的热性能 第14页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能 5.1PMC的热性能的热性能 第15页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能 复合材料热膨胀系数的影响因素复合材料热膨胀
6、系数的影响因素 组成材料因素组成材料因素:材料的热膨胀系数,材料的热膨胀系数,组成材料含量与模量的组成材料含量与模量的乘积乘积 5.1PMC的热性能的热性能 第16页,本讲稿共58页 5.1.3热膨胀性能热膨胀性能 复合材料热膨胀系数的影响因素复合材料热膨胀系数的影响因素复合状态的影响:增强材料在基体中的分布、排布方式,纤复合状态的影响:增强材料在基体中的分布、排布方式,纤维预应力维预应力 使用条件因素:使用温度,热循环使用条件因素:使用温度,热循环5.1PMC的热性能的热性能 第17页,本讲稿共58页 5.1.3耐热性能耐热性能PMC的耐热性能主要决定于其聚合物基体的耐热性能。的耐热性能主要
7、决定于其聚合物基体的耐热性能。5.1PMC的热性能的热性能 第18页,本讲稿共58页 复合材料的力学性能主要包括静态性能(拉、压、弯、扭等)和复合材料的力学性能主要包括静态性能(拉、压、弯、扭等)和动态性能(断裂韧性、蠕变性能、疲劳、冲击等)。动态性能(断裂韧性、蠕变性能、疲劳、冲击等)。聚合物基的复合材料种类可能非常多,但决定一种复合材料性能的聚合物基的复合材料种类可能非常多,但决定一种复合材料性能的主要因素是纤维类型、纤维体积分数、纤维形式及基体类型等。主要因素是纤维类型、纤维体积分数、纤维形式及基体类型等。5.2.1静态力学性能静态力学性能PMC 一般直到断裂都是完全弹性的,没有屈服点或
8、塑性区。一般直到断裂都是完全弹性的,没有屈服点或塑性区。此外,此外,PMC的断裂应变很小,与金属相比,断裂功小、韧性差。的断裂应变很小,与金属相比,断裂功小、韧性差。5.2PMC的力学性能的力学性能 第19页,本讲稿共58页 5.2.1静态力学性能静态力学性能 5.2PMC的力学性能的力学性能 第20页,本讲稿共58页 5.2.1静态力学性能静态力学性能 5.2PMC的力学性能的力学性能 第21页,本讲稿共58页 5.2.1静态力学性能静态力学性能 5.2PMC的力学性能的力学性能 第22页,本讲稿共58页 5.2.3疲劳性能疲劳性能所有材料在低于静态强度极限的动载荷作用下,经过不同时所有材料
9、在低于静态强度极限的动载荷作用下,经过不同时间都要破坏的现象称为疲劳。通常用疲劳寿命(循环次数)间都要破坏的现象称为疲劳。通常用疲劳寿命(循环次数)N 或疲或疲劳强度劳强度 SN 来表示材料的来表示材料的疲劳性能,疲劳性能,并以所加应力幅值或最大应力与并以所加应力幅值或最大应力与应力循环次数的关系曲线(应力循环次数的关系曲线(S-N曲线)形式给出。曲线)形式给出。PMC的的 S-N曲线的影响因素:曲线的影响因素:纤维类型及体积分数纤维类型及体积分数基体类型基体类型铺层方式铺层方式界面性质界面性质载荷形式载荷形式 平均应力平均应力交变应力频率交变应力频率环境条件环境条件5.2PMC的力学性能的力
10、学性能 第23页,本讲稿共58页 5.2.3疲劳性能疲劳性能 5.2PMC的力学性能的力学性能 第24页,本讲稿共58页 5.2.3疲劳性能疲劳性能 5.2PMC的力学性能的力学性能 第25页,本讲稿共58页 5.2.4冲击韧性冲击韧性评价复合材料冲击韧性最普通的方法是通过测量破坏一个评价复合材料冲击韧性最普通的方法是通过测量破坏一个标准试样所需能量来确定冲击韧性。标准试样所需能量来确定冲击韧性。5.2PMC的力学性能的力学性能 第26页,本讲稿共58页 5.2.4冲击韧性冲击韧性5.2PMC的力学性能的力学性能 第27页,本讲稿共58页 5.3.1电性能电性能体积电阻率:体积电阻率:RV=V
11、 d/s5.3PMC的其他性能的其他性能 第28页,本讲稿共58页 5.3.1电性能电性能表面电阻率:表面电阻率:RS=S d/aa材料表面的导电宽度。材料表面的导电宽度。5.3PMC的其他性能的其他性能 第29页,本讲稿共58页 5.3.2光学性能光学性能PMC波形板和平板的透光性最好,其全透光率为波形板和平板的透光性最好,其全透光率为 85-90%,接近普通玻璃的透光率。但由于其散射光占全透光很大的比例,因此,接近普通玻璃的透光率。但由于其散射光占全透光很大的比例,因此,没有普通平板玻璃那样透明。没有普通平板玻璃那样透明。影响透光性的主要因素:影响透光性的主要因素:玻璃纤维与树脂基体的透光
12、性;玻璃纤维与树脂基体的透光性;玻璃纤维与树脂基体的折射率;玻璃纤维与树脂基体的折射率;其他因素(表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂其他因素(表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等)。的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等)。5.3PMC的其他性能的其他性能 第30页,本讲稿共58页 5.3.3老化性能老化性能PMC在长期的使用过程中,由于物理和化学因素的作用,在长期的使用过程中,由于物理和化学因素的作用,面发生物化性能的下降或变差的现象称为老化。面发生物化性能的下降或变差的现象称为老化。造成造成PMC老化的因素有:阳光、高能幅射、工业
13、废气、盐雾、微生老化的因素有:阳光、高能幅射、工业废气、盐雾、微生物等。物等。老化性能测试:老化性能测试:户外测试(户外曝晒)户外测试(户外曝晒)棚内老化试验棚内老化试验 人工加速老化人工加速老化5.3PMC的其他性能的其他性能 第31页,本讲稿共58页第六章第六章 碳碳/碳复合材料碳复合材料 碳碳/碳复合材料是以碳复合材料是以碳纤维碳纤维(或石墨)为增强纤维,以(或石墨)为增强纤维,以碳碳(或石(或石墨)为基体的复合材料。墨)为基体的复合材料。特点:特点:优异的热性能,高的导热性、低的热膨胀系数、抗热冲优异的热性能,高的导热性、低的热膨胀系数、抗热冲 击。击。优异的高温力学性能,高温下的高强
14、度和模量、低蠕变、优异的高温力学性能,高温下的高强度和模量、低蠕变、高断裂韧性。高断裂韧性。高温时随温度的升高强度也升高高温时随温度的升高强度也升高。是目前唯一可用于达是目前唯一可用于达 2800 的复合材料。的复合材料。6.1简介简介第32页,本讲稿共58页 6.1简介简介第33页,本讲稿共58页 6.1简介简介图图 6-2 碳碳/碳复合材料制造的刹车零件碳复合材料制造的刹车零件 第34页,本讲稿共58页 6.2.1预成型体的制备预成型体的制备基本思路:先将碳增强材料预先制成预成型体,然后再以基体碳基本思路:先将碳增强材料预先制成预成型体,然后再以基体碳填充逐渐形成致密的碳填充逐渐形成致密的
15、碳/碳复合材料。碳复合材料。与聚合物基复合材料一样可制成单向、二维或三维的织物。与聚合物基复合材料一样可制成单向、二维或三维的织物。6.2碳碳/碳复合材料的制备工艺碳复合材料的制备工艺第35页,本讲稿共58页 6.2.2基体碳的制备基体碳的制备目前碳目前碳/碳复合材料的基体碳主要是通过化学气相沉积(碳复合材料的基体碳主要是通过化学气相沉积(CVD)和液态浸渍含碳化率高的高分子物质的碳化来获得。)和液态浸渍含碳化率高的高分子物质的碳化来获得。一、化学气相沉积工艺一、化学气相沉积工艺化学气相沉积原理:通过气相的分解或反应生成固态物质,并化学气相沉积原理:通过气相的分解或反应生成固态物质,并在某固定
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