第五章-聚合物基复合材料ppt课件.ppt

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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第第5章章 聚合物基复合材料聚合物基复合材料v51 聚合物基复合材料的种类和性能聚合物基复合材料的种类和性能v聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，连续纤聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。纤维的高强度、高模量维为增强材料组合而成的。纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基体材料由于其粘的特性使它成为理想的承载体。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

2、维上去，并允许纤能使载荷均匀分布，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、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。具有许多优良特性。1病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v1、高比强、高比模量、高比强、高比模量v 2、设计性强、成型工艺简单。、设计性强、成型工艺简单。v 3、热膨胀系数低，尺寸稳定。、热膨胀系数低，尺寸稳定。v 4、耐腐蚀、抗疲劳性能好。、耐腐蚀、抗疲劳性能好。v 5

3、、减震性能好。、减震性能好。v6、高温性能好。、高温性能好。v 7、安全性能好。、安全性能好。2病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程聚合物复合材料的分类：v纤维增强（纤维增强（FRC）按纤维形态：按纤维形态：v连续纤维非连续纤维连续纤维非连续纤维v按铺层方式：按铺层方式：v单向单向 角铺层：（角铺层：（0/）织物三维）织物三维 v按纤维种类：玻璃纤维碳纤维按纤维种类：玻璃纤维碳纤维 芳纶芳纶（Kevlar）纤维）纤维 混杂纤维混杂纤维v 晶须增强（晶须增强（WRC）、粒子增强粒子增强（PRC）3病原体侵入机体，消弱机体防

4、御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.1.1 破璃纤维增强热固性塑料破璃纤维增强热固性塑料(代号代号GFRP)v玻璃纤维增强热固性塑料是指玻璃纤维玻璃纤维增强热固性塑料是指玻璃纤维(包括长纤维、包括长纤维、布、带、毡等布、带、毡等)做为增强材料，热固性塑料做为增强材料，热固性塑料(包括环包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)做为基体的做为基体的纤维增强塑料。俗称玻璃钢。根据基体种类不同，纤维增强塑料。俗称玻璃钢。根据基体种类不同，可将可将GFRP分成三类，即玻璃纤维增强环氧树脂、玻分成三类，即玻璃纤维增强环

5、氧树脂、玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂。璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂。4病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程vGFRP的突出特点是比重小、比强度高。比金属铝的突出特点是比重小、比强度高。比金属铝轻而比强度比高级合金钢还高。轻而比强度比高级合金钢还高。“玻璃钢玻璃钢”这个名这个名称便由此而来。称便由此而来。v还具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶剂、海还具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶剂、海水中均很稳定，良好的电绝缘材料，电阻率和击穿水中均很稳定，良好的电绝缘材料，电阻率和击穿电压强度达到了电绝

6、缘材料的标准，可做为耐高压电压强度达到了电绝缘材料的标准，可做为耐高压的电器零件。的电器零件。v不反射无线电波，微波透过性好，可制造扫雷艇和不反射无线电波，微波透过性好，可制造扫雷艇和雷达罩。具有保温、隔热、隔音、减振等性能。雷达罩。具有保温、隔热、隔音、减振等性能。v缺点是刚性差。会因日光照射空气中的氧化作用、缺点是刚性差。会因日光照射空气中的氧化作用、有机溶剂的作用产生老化现象，比塑料要缓慢。玻有机溶剂的作用产生老化现象，比塑料要缓慢。玻璃纤维增强环氧、酚醛、聚酯树脂除具有上述共同璃纤维增强环氧、酚醛、聚酯树脂除具有上述共同的性能特点而外，各自有其特殊的性能。的性能特点而外，各自有其特殊的

7、性能。5病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v玻璃纤维增强环氧树脂玻璃纤维增强环氧树脂是是GFRP中综合性能最好中综合性能最好的一种。因环氧树脂的粘结能力最强，与玻璃纤的一种。因环氧树脂的粘结能力最强，与玻璃纤维复合时，界面剪切强度最高。机械强度高于其维复合时，界面剪切强度最高。机械强度高于其他他GFRP。环氧树脂固化时无小分子放出，故尺。环氧树脂固化时无小分子放出，故尺寸稳定性最好，收缩率只有寸稳定性最好，收缩率只有12，环氧树脂，环氧树脂的固化反应是放热反应，易产生气泡，但因添加的固化反应是放热反应，易产生气泡，但因

8、添加剂少，很少发生鼓泡现象。唯一不足的是环氧树剂少，很少发生鼓泡现象。唯一不足的是环氧树脂粘度大，加工不太方便，成型时需要加热，室脂粘度大，加工不太方便，成型时需要加热，室温下成型会导致环氧树脂固化反应不完全。不能温下成型会导致环氧树脂固化反应不完全。不能制造大型制件。制造大型制件。6病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v玻璃纤维增强酚醛树脂玻璃纤维增强酚醛树脂是各种是各种GFRP中耐热性最中耐热性最好的一种，可在好的一种，可在200下长期使用，在下长期使用，在1000 以以上的高温下，也可短期使用。是耐烧蚀材料，可上的

9、高温下，也可短期使用。是耐烧蚀材料，可做宇宙飞船的外壳。耐电弧性，可用于制做绝缘做宇宙飞船的外壳。耐电弧性，可用于制做绝缘材料。价格便宜，原料来源丰富。不足处是性能材料。价格便宜，原料来源丰富。不足处是性能较脆，机械强度不如环氧树脂。固化时有小分子较脆，机械强度不如环氧树脂。固化时有小分子副产物放出，故尺寸不稳定，收缩率大。对人体副产物放出，故尺寸不稳定，收缩率大。对人体皮肤有刺激，会使手和脸肿胀。皮肤有刺激，会使手和脸肿胀。7病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v玻璃纤维增强聚酯树脂玻璃纤维增强聚酯树脂突出特点是加工性

10、好，加突出特点是加工性好，加入引发剂和促进剂后，可在室温下固化成型，由入引发剂和促进剂后，可在室温下固化成型，由于树脂中的交联剂也起稀释剂的作用，所以树脂于树脂中的交联剂也起稀释剂的作用，所以树脂的粘度大大降低了，可采用各种成型方法进行加的粘度大大降低了，可采用各种成型方法进行加工成型，可制作大型构件，扩大了应用的范围。工成型，可制作大型构件，扩大了应用的范围。它的透光性好，透光率可达它的透光性好，透光率可达6080，可制作，可制作采光瓦。价格便宜。不足之处是固化时收缩率大，采光瓦。价格便宜。不足之处是固化时收缩率大，可达可达48，耐酸、碱性差，不宜制作耐酸碱，耐酸、碱性差，不宜制作耐酸碱的设

11、备及管件。的设备及管件。8病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v玻璃纤维增强热塑性塑料是指玻璃纤维做为增强材料，热塑玻璃纤维增强热塑性塑料是指玻璃纤维做为增强材料，热塑性塑料性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙烯、包括聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙烯、ABS树脂、聚树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料)为基体的纤维增强塑为基体的纤维增强塑料。料。v玻璃纤维增强热塑性塑料除了具有纤维增强塑料的共同特点玻璃纤维增强热塑性塑料除了具有纤维增强塑料的共同特点外，它与玻璃纤维增强热固性塑料相比较，特点

12、是具有更轻外，它与玻璃纤维增强热固性塑料相比较，特点是具有更轻的比重，在的比重，在1.11.6之间，为钢材的之间，为钢材的1516；比强度高，；比强度高，蠕变性大大改善。蠕变性大大改善。v5.1.2 玻璃纤维增强热塑性塑料玻璃纤维增强热塑性塑料(代号代号FR一一TP)9病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v玻璃纤维增强聚丙烯玻璃纤维增强聚丙烯(代号代号FRPP)v特点是机械强度大大提高，当短切玻璃纤维增加到特点是机械强度大大提高，当短切玻璃纤维增加到3040时，其强度达到顶峰，抗拉强度达到时，其强度达到顶峰，抗拉强度达到

13、100MPa，大大，大大高于工程塑料，尤其是低温脆性得到了大大改善，随玻璃高于工程塑料，尤其是低温脆性得到了大大改善，随玻璃纤维含量提高，低温时的抗冲击强度也有所提高。纤维含量提高，低温时的抗冲击强度也有所提高。v吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水和水蒸气方面更加突出，含有和水蒸气方面更加突出，含有20短切纤维的短切纤维的FRPP，在水中煮在水中煮1500小时，其抗拉强度比初始强度降低小时，其抗拉强度比初始强度降低10，如在如在23水里浸泡时强度不变。在高温、高浓度的强酸、水里浸泡时强度不变。在高温、高浓度的强酸、强碱中会使机械

14、强度下降。在有机化合物的浸泡下会降低强碱中会使机械强度下降。在有机化合物的浸泡下会降低机械强度，并有增重现象。机械强度，并有增重现象。10病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v2玻璃纤维聚酰胺玻璃纤维聚酰胺(代号代号FRPA)v 聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比一般通用塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率一般通用塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率太大，影响了尺寸稳定性，耐热性也较低。用玻太大，影响了尺寸稳定性，耐热性也较低。用玻璃纤维增强的聚酰氨，这些性能就会大大改善。璃

15、纤维增强的聚酰氨，这些性能就会大大改善。玻璃纤维增强聚酰胺的品种很多。有玻璃纤维增玻璃纤维增强聚酰胺的品种很多。有玻璃纤维增强尼龙强尼龙6(FRPA6)、玻璃纤维增强尼龙、玻璃纤维增强尼龙66(FRPA66)、玻璃纤维增强尼龙、玻璃纤维增强尼龙1010(FRPA1010)等。等。v玻璃纤维的含量达到玻璃纤维的含量达到3035时，其增强效果时，其增强效果最为理想，抗拉强度可提高最为理想，抗拉强度可提高23倍，抗压强度提倍，抗压强度提高高1.5倍，最突出的是耐热性提高幅度最大。倍，最突出的是耐热性提高幅度最大。11病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，

16、引起不同程度的病理生理过程v在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是使本来耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺使本来耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺的制品表面光滑，光洁度越好越耐磨。而加的制品表面光滑，光洁度越好越耐磨。而加入玻璃纤维以后，如果将制品经过二次加工入玻璃纤维以后，如果将制品经过二次加工或者被磨损时，玻璃纤维就会暴露于表面上，或者被磨损时，玻璃纤维就会暴露于表面上，这时材料的磨擦系数和磨耗量就会增大。这时材料的磨擦系数和磨耗量就会增大。v因此，如果用它来制造耐磨性要求高的制品因此，如果用它来制造耐磨性要求高的制品时，一定要加入润滑剂。时，一定要加入润

17、滑剂。12病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v3玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料v聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改性树脂，例如：丁二烯性树脂，例如：丁二烯苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(BS)、丙烯、丙烯腈腈苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯、丙烯腈一丁二烯苯乙烯苯乙烯共聚物共聚物(ABS)等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙烯等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙烯的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改性的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯

18、乙烯改性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些聚成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其机合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高。械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高。也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤维也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤维粘结不牢。影响强度。粘结不牢。影响强度。13病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v 4玻璃纤维增强聚碳酸酯玻璃纤维增强聚碳酸酯(代号代号PC)v 聚碳酸酯是一种透明度

19、较高的工程塑料，它聚碳酸酯是一种透明度较高的工程塑料，它的刚韧相兼的特性是其他塑料无法相比的，唯的刚韧相兼的特性是其他塑料无法相比的，唯一不足之处是易产生应力开裂、耐疲劳性差。一不足之处是易产生应力开裂、耐疲劳性差。加入玻璃纤维以后，加入玻璃纤维以后，P比比P的耐疲的耐疲劳强度提高劳强度提高23倍，耐应力开裂性能可提高倍，耐应力开裂性能可提高68倍，耐热性比倍，耐热性比P提高提高1020 ，线膨，线膨胀系数缩小为胀系数缩小为1.62.410 ，因而，因而可制成耐热的机械零件。可制成耐热的机械零件。14病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程

20、度的病理生理过程v5玻璃纤维增强聚酯玻璃纤维增强聚酯v 聚酯作为基体材料主要有两种，一种是聚苯二甲酸乙二酯聚酯作为基体材料主要有两种，一种是聚苯二甲酸乙二酯(代代号号PET)，另一种为聚苯二甲酸丁二酯，另一种为聚苯二甲酸丁二酯(代号代号PBT)。v未增强的纯聚酯结晶性高，成型时收缩率大，尺寸稳定性差、未增强的纯聚酯结晶性高，成型时收缩率大，尺寸稳定性差、耐温性差。质脆。用玻璃纤维增强后，机械强度比其他玻璃耐温性差。质脆。用玻璃纤维增强后，机械强度比其他玻璃纤维增强热塑性塑料均高，抗拉强度纤维增强热塑性塑料均高，抗拉强度135-145MPa，抗弯强度，抗弯强度209250MPa，耐疲劳强度达，耐

21、疲劳强度达52MPa。耐热性提高最大，。耐热性提高最大，PET的热变形温度为的热变形温度为85 ，PRPFT为为240 ，仍能保持，仍能保持机械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一机械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一种。耐低温度性能好，超过了种。耐低温度性能好，超过了FRPA6，在温度高低交替变，在温度高低交替变化时，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器化时，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性零件；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使

22、机能好，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使机械强度下降。不适于在高温水蒸气下使用。械强度下降。不适于在高温水蒸气下使用。15病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v6玻璃纤维增强聚甲醛玻璃纤维增强聚甲醛(代号代号PO)v 聚甲醛是一种性能较好的工程塑料，加入玻璃纤维聚甲醛是一种性能较好的工程塑料，加入玻璃纤维后，不但起到增强的作用，而且耐疲劳性和耐蠕变后，不但起到增强的作用，而且耐疲劳性和耐蠕变性有很大提高。含有性有很大提高。含有25玻璃纤维的玻璃纤维的P的的抗拉强度为纯抗拉强度为纯PM的两倍、弹性模量为纯的两倍

23、、弹性模量为纯PM的的三倍，耐疲劳强度为纯三倍，耐疲劳强度为纯PM的两倍，高温下仍具有的两倍，高温下仍具有良好的耐蠕变性，同时耐老化性也很好。但不耐紫良好的耐蠕变性，同时耐老化性也很好。但不耐紫外线照射，因此在塑料中要加入紫外线吸收剂。不外线照射，因此在塑料中要加入紫外线吸收剂。不足之处是加入玻璃纤维后其摩接系数和磨耗量大大足之处是加入玻璃纤维后其摩接系数和磨耗量大大提高了，即耐磨性降低了。为了改善其耐磨牡，可提高了，即耐磨性降低了。为了改善其耐磨牡，可用聚四氟乙烯粉末做为填料加入聚甲醛中，或加入用聚四氟乙烯粉末做为填料加入聚甲醛中，或加入碳纤维来改性。碳纤维来改性。16病原体侵入机体，消弱机

24、体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v5.1.3 高强度、高模量纤维增强塑料高强度、高模量纤维增强塑料v高强度、高模量纤维增强塑料主要是指以环氧树脂为基体，高强度、高模量纤维增强塑料主要是指以环氧树脂为基体，以各种高强度、高模量的纤维以各种高强度、高模量的纤维(包括碳纤维、硼纤维、芳包括碳纤维、硼纤维、芳香族聚酰胺纤维、各种晶须等香族聚酰胺纤维、各种晶须等)做为增强材料的高强度、做为增强材料的高强度、高模量纤维增强塑料。该种材料由于受增强纤维高强度、高模量纤维增强塑料。该种材料由于受增强纤维高强度、高模量这一性能的影响致使其具有共同的特点：高

25、模量这一性能的影响致使其具有共同的特点：v（1）比重轻、强度高、模量高和低的热膨胀系数。是目）比重轻、强度高、模量高和低的热膨胀系数。是目前力学性能最好的高分子复合材料。前力学性能最好的高分子复合材料。v(2)加工工艺简单。该种增强塑料可采用的各种加工工艺简单。该种增强塑料可采用的各种成型方法，如模压法、缠绕法、手糊法等。成型方法，如模压法、缠绕法、手糊法等。v（3）价格昂贵。该种材料唯一的缺点是价格比较贵。）价格昂贵。该种材料唯一的缺点是价格比较贵。17病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v1碳纤维增强塑料碳纤维增强塑

26、料v碳纤维增强环氧塑料是一种强度、刚度、耐热性均好的复碳纤维增强环氧塑料是一种强度、刚度、耐热性均好的复合材料，这方面的性能是其他材料无法相提并论的。比重合材料，这方面的性能是其他材料无法相提并论的。比重小、刚度大、抗冲击强度特别突出，耐疲劳强度很大摩小、刚度大、抗冲击强度特别突出，耐疲劳强度很大摩擦系数很小，这方面性能均超过了钢材。耐热性特别好，擦系数很小，这方面性能均超过了钢材。耐热性特别好，可在可在12000 高温下经受高温下经受10秒钟，保持不变。不足之处一秒钟，保持不变。不足之处一是碳纤维与塑料的粘结性差，且各向异性，这方面不如金是碳纤维与塑料的粘结性差，且各向异性，这方面不如金属材

27、料。目前已有解决办法，使碳纤维氧化和晶须化来提属材料。目前已有解决办法，使碳纤维氧化和晶须化来提高其粘结性。用碳纤维编织法来解决各向异性的问题。另高其粘结性。用碳纤维编织法来解决各向异性的问题。另一个不足之处是价格昂贵，因而虽然有上述一些优良性能，一个不足之处是价格昂贵，因而虽然有上述一些优良性能，但还只是应用于宇航工业，其他领域应用较少。但还只是应用于宇航工业，其他领域应用较少。18病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v2芳香族聚酰胺纤维增强塑料芳香族聚酰胺纤维增强塑料v基体材料主要是环氧树脂，其次是热塑性塑料的基体材

28、料主要是环氧树脂，其次是热塑性塑料的聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。芳香族聚酰胺纤维聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。芳香族聚酰胺纤维增强环氧树脂的抗拉强度大于增强环氧树脂的抗拉强度大于GFRP，而与碳纤，而与碳纤维增强环氧树脂相似。最突出的特点是有压延性，维增强环氧树脂相似。最突出的特点是有压延性，与金属相似，而与其他有机纤维则大大不同。与金属相似，而与其他有机纤维则大大不同。v3硼纤维增强塑料硼纤维增强塑料v 硼纤维增强塑料是指硼纤维增强环氧树脂。该种硼纤维增强塑料是指硼纤维增强环氧树脂。该种材料突出的优点是刚度外，它的强度和弹性模量材料突出的优点是刚度外，它的强度和弹性模量均高于碳纤维增强环氧树脂。是

29、高强度高模量纤均高于碳纤维增强环氧树脂。是高强度高模量纤维增强塑料中性能最好的一种。维增强塑料中性能最好的一种。19病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v4碳化硅纤维增强塑料碳化硅纤维增强塑料v主要是指碳化硅纤维增强环氧树脂。碳化硅主要是指碳化硅纤维增强环氧树脂。碳化硅纤维与环氧树脂复合时不需要表面处理，粘纤维与环氧树脂复合时不需要表面处理，粘结力就很强，材料层间剪切强度可达结力就很强，材料层间剪切强度可达1.2MPa。它的抗弯强度和抗冲击强度为碳。它的抗弯强度和抗冲击强度为碳纤维增强环氧树脂的两倍，如果与碳纤维混纤维增

30、强环氧树脂的两倍，如果与碳纤维混合叠层进行复合时，会弥补碳纤维的缺点。合叠层进行复合时，会弥补碳纤维的缺点。20病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v514 其他纤维增强塑料其他纤维增强塑料v其他纤维增强塑料是指以石棉纤维、矿锦纤纶、棉其他纤维增强塑料是指以石棉纤维、矿锦纤纶、棉纤维、麻纤维、木质纤维、合成纤维等为增强材料，纤维、麻纤维、木质纤维、合成纤维等为增强材料，以各种热塑性和热固性塑料为基体的复合材料。以各种热塑性和热固性塑料为基体的复合材料。v这方面的复合材料发展得比较早应用也比较广。这方面的复合材料发展得比较

31、早应用也比较广。其中热固性酚醛塑料与纸、布、棉、木片等纤维的其中热固性酚醛塑料与纸、布、棉、木片等纤维的复合材科，在电器工业方面做为绝缘材制使用。在复合材科，在电器工业方面做为绝缘材制使用。在机械工业中制成各种机械零件。机械工业中制成各种机械零件。21病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程52 聚合物基复合材料结构设计聚合物基复合材料结构设计v5.2.1 概概 述述v1、复合材料结构设计过程、复合材料结构设计过程v复合材料结构设计是选用不同材料综合各种复合材料结构设计是选用不同材料综合各种设计设计(如层合板设计、典型结构件

32、设计、连接如层合板设计、典型结构件设计、连接设计等设计等)的反复过程。在综合过程中必须考虑的反复过程。在综合过程中必须考虑的一些主要因素有：结构质量、研制成本、的一些主要因素有：结构质量、研制成本、制造工艺、结构鉴定、质量控制、工装模具制造工艺、结构鉴定、质量控制、工装模具的通用性及设计经验等。的通用性及设计经验等。22病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v复合材料结构设计的综合过程大致分为三个步骤复合材料结构设计的综合过程大致分为三个步骤 v(1)明确设计条件。如性能要求、载荷情况、环境条件、明确设计条件。如性能要求、

33、载荷情况、环境条件、形状限制等。形状限制等。v(2)材料设计。包括原材料选择、铺层性能的确定、复合材料设计。包括原材料选择、铺层性能的确定、复合材料层合板的设计等。材料层合板的设计等。v(3)结构设计。包括复合材料典型结构件结构设计。包括复合材料典型结构件(如杆、梁、板、如杆、梁、板、壳等壳等)的设计，以及复合材料结构的设计，以及复合材料结构(如衍架、刚架、硬壳式如衍架、刚架、硬壳式结构等结构等)的设计。的设计。v在上述材料设计和结构设汁中都涉及到应变、应力与变形在上述材料设计和结构设汁中都涉及到应变、应力与变形分析，以及失效分析，以确保结构的强度与刚度。分析，以及失效分析，以确保结构的强度与

34、刚度。23病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v复合材料结构往往是材料与结构一次成型的，复合材料结构往往是材料与结构一次成型的，且材料也具有可设计性。不同于常规的金属且材料也具有可设计性。不同于常规的金属结构设计，它是包含材料设计和结构设计在结构设计，它是包含材料设计和结构设计在内的一种新的结构设计方法，比金属结构设内的一种新的结构设计方法，比金属结构设计要复杂。计要复杂。v在复合材料结构设计时，可以从材料与结构在复合材料结构设计时，可以从材料与结构两方面进行考虑，以满足各种设计要求、尤两方面进行考虑，以满足各种设计要求

35、、尤其是材料的可设计性，可使复合材料结构达其是材料的可设计性，可使复合材料结构达到优化设计的目的。到优化设计的目的。24病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v2、复合材料结构设计条件、复合材料结构设计条件v(1)结构性能要求结构性能要求v一般来说，体现结构性能的主要内容有：一般来说，体现结构性能的主要内容有：v1）结构所能承受的各种载荷。确保在使用寿命内）结构所能承受的各种载荷。确保在使用寿命内的安全；的安全；v2)提供装置各种配件、仪器等附件的空间。对结构提供装置各种配件、仪器等附件的空间。对结构形状和尺寸有一定的限制

36、；形状和尺寸有一定的限制；v3)隔绝外界的环境状态而保护内部物体。隔绝外界的环境状态而保护内部物体。v(2)载荷情况。载荷情况。v分静载荷和动载荷。在静载荷作用下结构一般应设分静载荷和动载荷。在静载荷作用下结构一般应设计成具有抵抗破坏和变形的能力，即具有足够的强计成具有抵抗破坏和变形的能力，即具有足够的强度和刚度。在冲击载荷作用下应使结构具有足够抵度和刚度。在冲击载荷作用下应使结构具有足够抵抗冲击载荷的能力。而在交变载荷作用下的结构抗冲击载荷的能力。而在交变载荷作用下的结构(或者使结构产生交变应力或者使结构产生交变应力)疲劳问题较为突出。应疲劳问题较为突出。应按疲劳强度和疲劳寿命来设计结构。按

37、疲劳强度和疲劳寿命来设计结构。25病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v(3)环境条件环境条件v一般为下列四种环境条件：一般为下列四种环境条件：v 1)力学条件：加速度、冲击、振动、声音等；力学条件：加速度、冲击、振动、声音等；v 2)物理条件：压力、温度、湿度等；物理条件：压力、温度、湿度等；v 3)气象条件：风雨、冰雪、日光等；气象条件：风雨、冰雪、日光等；v 4）大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙等。）大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙等。v 这里这里1)和和2)影响结构的强度和刚度，影响结构的强度和刚度，3)、4

38、)主要影响结主要影响结构的腐蚀、磨损、老化等。构的腐蚀、磨损、老化等。v分析各种环境条件下的作用与了解复合材料在各种环境条分析各种环境条件下的作用与了解复合材料在各种环境条件下的性能，对于正确进行结构设计是很有必要的。除此件下的性能，对于正确进行结构设计是很有必要的。除此之外，还应从长期使用角度出发。积累复合材料的变质、之外，还应从长期使用角度出发。积累复合材料的变质、磨损、老化等长期性能变化的数据。磨损、老化等长期性能变化的数据。v(4)结构的可靠性与经济性。结构设计的合理性最终主要结构的可靠性与经济性。结构设计的合理性最终主要表现在可靠性和经济性两方面，总成本最低时的可靠性为表现在可靠性和

39、经济性两方面，总成本最低时的可靠性为最合理。最合理。26病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v5.2.2 材料设计材料设计v指选用几种原材料组合制成具有所要求性能的材料的指选用几种原材料组合制成具有所要求性能的材料的过程。不同的原材料构成的复合材料将会有不同的性过程。不同的原材料构成的复合材料将会有不同的性能，而且纤维的编织形式不同将会使与基体复合构成能，而且纤维的编织形式不同将会使与基体复合构成的复合材料的性能也不同。的复合材料的性能也不同。v对于层合复合材料，由纤维和基体构成复合材料的基对于层合复合材料，由纤维和基体

40、构成复合材料的基本单元是单层，作为结构的基本单元本单元是单层，作为结构的基本单元即结构材料即结构材料，是由单层构成的复合材料层合板。因此，材料设计，是由单层构成的复合材料层合板。因此，材料设计包括原材料选择、单层性能的确定和复合材料层合板包括原材料选择、单层性能的确定和复合材料层合板设计。设计。27病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v1原材料的选择与复合材料性能原材料的选择与复合材料性能v原材料的选择与复合材料的性能关系甚大，因原材料的选择与复合材料的性能关系甚大，因此，正确选择合适的原材料就能得到需要的复此，正确选择

41、合适的原材料就能得到需要的复合材料的性能。合材料的性能。v(1)原材料选择原则原材料选择原则v比强度、比刚度高的原则比强度、比刚度高的原则v材料与结构的使用环境相适应的原则材料与结构的使用环境相适应的原则v满足结构特殊性要求的原则满足结构特殊性要求的原则v满足工艺性要求的原则满足工艺性要求的原则v成本低、效益高的原则成本低、效益高的原则 28病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v(2)纤维选择纤维选择v先要确定纤维的类别。其次要确定纤维的品种规格。选择先要确定纤维的类别。其次要确定纤维的品种规格。选择纤维类别，是根据结构

42、的功能选取能满足一定的力学、物纤维类别，是根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维。理和化学性能的纤维。v若结构要求有良好的透波、吸波性能，则可选取若结构要求有良好的透波、吸波性能，则可选取E或或s玻玻璃纤维、开芙拉纤维、氧化铝纤维等作为增强材料。璃纤维、开芙拉纤维、氧化铝纤维等作为增强材料。v若结构要求有高的刚度，则可选用高模量碳纤维或硼纤若结构要求有高的刚度，则可选用高模量碳纤维或硼纤维。维。v 若结构要求有高的抗冲击性能，则可选用玻璃纤维、开若结构要求有高的抗冲击性能，则可选用玻璃纤维、开芙拉纤维。芙拉纤维。v若结构要求有很好的低温工作性能，则可选用低温下不若结构要求有很

43、好的低温工作性能，则可选用低温下不脆化的碳纤维。脆化的碳纤维。v若结构要求尺寸不随温度变化，则可选用开芙拉纤维或若结构要求尺寸不随温度变化，则可选用开芙拉纤维或碳纤维。它们的热膨胀系数可以为负值，可设计成零膨胀碳纤维。它们的热膨胀系数可以为负值，可设计成零膨胀系数的复合材料。系数的复合材料。v若结构要求既有较大强度又有较大刚度时，则可选用比若结构要求既有较大强度又有较大刚度时，则可选用比强度和比刚度均较高的碳纤维或硼纤维。强度和比刚度均较高的碳纤维或硼纤维。29病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v工程上通常选用玻璃纤维

44、、凯芙拉纤维或碳纤维作工程上通常选用玻璃纤维、凯芙拉纤维或碳纤维作增强材料。除了选用单一纤维外。复合材料还可由增强材料。除了选用单一纤维外。复合材料还可由多种纤维混合构成混杂复合材料。这种混杂复合材多种纤维混合构成混杂复合材料。这种混杂复合材料既可以由两种或两种以上纤维混合铺层构成，也料既可以由两种或两种以上纤维混合铺层构成，也可以由不同纤维构成的铺层混构成。混杂纤维复合可以由不同纤维构成的铺层混构成。混杂纤维复合材料的特点在于能以一种纤维的优点来弥补另一种材料的特点在于能以一种纤维的优点来弥补另一种纤维的缺点。纤维的缺点。v选择纤维规格，是按比强度、比刚度和性能价格比选择纤维规格，是按比强度

45、、比刚度和性能价格比选取的。对于要求较高的抗冲击性能和充分发挥纤选取的。对于要求较高的抗冲击性能和充分发挥纤维作用时，应选取有较高断裂伸长率的纤维。维作用时，应选取有较高断裂伸长率的纤维。30病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程31病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v3)树脂选择树脂选择v可供选择有两类；一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、可供选择有两类；一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚酯树脂，另一类为热塑性树脂，聚

46、酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚酯树脂，另一类为热塑性树脂，如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、聚苯撑砜、尼龙、聚苯二烯、如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、聚苯撑砜、尼龙、聚苯二烯、聚醚酰亚胺等。聚醚酰亚胺等。v目前用得最多的基体是热固性树脂，尤其是各种牌号的环氧目前用得最多的基体是热固性树脂，尤其是各种牌号的环氧树脂和聚酯树脂，它们有较高的力学性能，但工作温度较低。树脂和聚酯树脂，它们有较高的力学性能，但工作温度较低。只能在只能在40-130 范围内长期工作，某些牌号树脂的短期范围内长期工作，某些牌号树脂的短期工作温度能达到工作温度能达到150 ，由其构成的复合材料基本上能满，由其构成的复合材料基本上能满足结构材料的

47、要求。足结构材料的要求。v玻璃纤维复合材料的基体一般采用不饱和聚酯树脂和环氧树玻璃纤维复合材料的基体一般采用不饱和聚酯树脂和环氧树脂。内部装饰件常采用酚醛树脂，因为酚醛树脂具有良好的脂。内部装饰件常采用酚醛树脂，因为酚醛树脂具有良好的耐火性、自熄性、低燃性和低毒性。耐火性、自熄性、低燃性和低毒性。32病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v 树脂的选择是按如下各种要求选取的；树脂的选择是按如下各种要求选取的；v 要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工作。作。v 要求基体材料具有一定

48、的力学性能。要求基体材料具有一定的力学性能。v要求基体的断裂伸长率大于或者接近纤维的断要求基体的断裂伸长率大于或者接近纤维的断裂伸长率。以确保充分发挥纤维的增强作用。裂伸长率。以确保充分发挥纤维的增强作用。v要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能。主要指吸湿性、耐介质、耐候性、阻燃，性能。主要指吸湿性、耐介质、耐候性、阻燃，低烟性和低毒性等。低烟性和低毒性等。v要求具有一定的工艺性。主要指粘性、凝胶时要求具有一定的工艺性。主要指粘性、凝胶时间、挥发分含量、预浸带的保存期和工艺期、固间、挥发分含量、预浸带的保存期和工艺期、固化时的压力和温度、固化后的

49、尺寸收缩率等。化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。33病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v2单层性能的确定单层性能的确定v不容易由所组成的材料性能来推定。通常是利用不容易由所组成的材料性能来推定。通常是利用细观力学分析方法推得的预测公式确定的。而在细观力学分析方法推得的预测公式确定的。而在最终设计阶段，一般为了单层性能参数的真实可最终设计阶段，一般为了单层性能参数的真实可靠，使设计更为合理，单层性能的确定需用试验靠，使设计更为合理，单层性能的确定需用试验的方法直接测定。的方法直接测定。v(1)单层树脂含量的确定单层

50、树脂含量的确定v一般是根据单层的承力性质或单层的使用功能选一般是根据单层的承力性质或单层的使用功能选取的。取的。34病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程35病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v(2)刚度的预测公式刚度的预测公式v(3)强度的预测公式强度的预测公式36病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v3、复合材料层合板设计、复合材料层合板设计v复合材料层合板设计，是根据单