聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

主要內(nèi)容：聚合物基復(fù)合材料的性能聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用一二知識(shí)點(diǎn)4-聚合物基復(fù)合材料性能與應(yīng)用1.靜態(tài)拉伸力學(xué)性能圖1為典型復(fù)合材料及低碳鋼的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料一般是完全彈性的，沒(méi)有屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由圖可以看出，聚合物基復(fù)合材料的斷裂應(yīng)變一般較小，與金屬相比，斷裂功小、韌性差。測(cè)量在拉伸載荷下復(fù)材抵抗變形及斷裂的能力一、聚合物基復(fù)合材料的性能纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能主要受基體控制由圖可知，聚酰亞胺和耐熱熱塑性基體復(fù)合材料具有最好的高溫性能，不飽和聚酯復(fù)合材料耐熱性能較低。半晶聚合物（如PEEK等）復(fù)合材料在其玻璃化溫度區(qū)間性能出現(xiàn)明顯下降但在其后比較高的溫度（240℃）以上時(shí)仍保持足夠高的性能。圖2FRP在高溫下彎曲模量保持率圖3FRP在高溫下彎曲強(qiáng)度保持率2.高溫彎曲性能3.彎曲疲勞性能圖5三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)裝置彎曲疲勞性能的影響因素：包含材料本身及實(shí)驗(yàn)參數(shù)兩大部分。材料本身：纖維類(lèi)型、體積分?jǐn)?shù)、基體種類(lèi)、纖維排布、界面性質(zhì)等；實(shí)驗(yàn)參數(shù)：載荷形式、應(yīng)力交變頻率、載荷的對(duì)稱(chēng)系數(shù)、環(huán)境條件等。

4.沖擊韌性韌性的指標(biāo)有三種：

韌性指數(shù)DI定義為：裂紋擴(kuò)展能與裂紋引發(fā)能之比。對(duì)于完全脆性材料該值為0，值愈大韌性愈好。聚合物基復(fù)合材料的能量吸收包括：纖維破壞、基體變形、纖維脫粘、纖維拔出、分層裂紋等過(guò)程。圖9多種不同材料的斷裂韌性與比強(qiáng)度的關(guān)系1沖擊強(qiáng)度2斷裂韌性3沖擊后壓縮強(qiáng)度。1）納米管橫跨在基體裂紋中間，阻止了基體裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展，提高斷裂韌性、斷裂強(qiáng)度2）CNT添加到環(huán)氧樹(shù)脂基體中，其碳纖維復(fù)合材料的斷裂韌性和低溫抗微裂紋的能力明顯提高3）若在PA6中添加CNT，可提高PA6的彈性模量，從而提高玻璃纖維增強(qiáng)PA6基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度。PA(polyamide)聚酰胺圖4CNT提高多尺度混雜復(fù)合材料斷裂韌性和力學(xué)性能的原理示意圖性能舉例二、聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用

將先進(jìn)復(fù)合材料用于航空航天結(jié)構(gòu)可相應(yīng)減重20～30%，這是其他先進(jìn)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的效果，因此其在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，繼鋁、鋼、鈦之后，已迅速發(fā)展成四大航空航天結(jié)構(gòu)材料之一。1.應(yīng)用趨勢(shì)圖8國(guó)內(nèi)先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在不同飛機(jī)的應(yīng)用高比強(qiáng)度和比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、便于大面積整體成型等特點(diǎn)，已經(jīng)成為繼鋁合金、鈦合金和鋼之后最重要的航空結(jié)構(gòu)材料之一，在航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。聚合物基復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)15％～30％減重效益。聚合物基復(fù)合材料的用量已經(jīng)成為航空結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。如碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料在波音787中的使用量已上升至重量的50%，而波音777僅12%斷裂韌性雖比金屬低，但其比強(qiáng)度無(wú)以倫比，綜合性能最為優(yōu)異，是航空材料的最佳選擇！2.先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)不同飛機(jī)的應(yīng)用(1)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（FR-PP）：主要高溫電器件(2)玻璃纖維聚酰胺（FR-PA）：替代有色金屬(3)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯塑料：汽車(chē)、家電等零部件(4)玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯（FR-PC）:機(jī)械、電器(5)玻璃纖維增強(qiáng)聚酯：電器零件(6)玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛(FR-POM):替代有色金屬及其合金(7)玻璃纖維增強(qiáng)聚苯醚（FR-PPO）:電絕緣器件3.玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（FR-TP）的應(yīng)用（1）碳纖維增強(qiáng)塑料：火箭、人造衛(wèi)星最好的結(jié)構(gòu)材料；碳纖維增強(qiáng)酚醛塑料可耐高溫4000～6000℃，碳纖維吸波、吸震、防輻射等（2）kelvar-49增強(qiáng)塑料：在船舶業(yè)應(yīng)用廣泛；（3）kelvar-29增強(qiáng)塑料：高的拉伸強(qiáng)度、良好的電絕緣性、耐反復(fù)疲勞性（4）芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)塑料：飛機(jī)上的板材及船舶工業(yè)（5）硼纖維增強(qiáng)塑料：飛機(jī)上的方向舵、飛機(jī)起落架等（6）碳化硅纖維增強(qiáng)塑料：飛機(jī)門(mén)、降落傳動(dòng)裝置箱等4.高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料的應(yīng)用5.基本縮寫(xiě)熱固性：EP-環(huán)氧樹(shù)脂

PF-酚醛樹(shù)脂

PI-聚酰亞胺樹(shù)脂

PMR-聚酰亞胺

UP-不飽和樹(shù)脂熱塑性：PEEK-聚醚醚酮

PPS-聚苯硫醚

PES-聚醚砜

PEI-聚醚酰亞胺

LCP-液晶聚合物PP-聚丙烯PS-聚苯乙烯PE-聚乙烯PVC-聚氯乙烯ABS-丙烯腈、丁二烯、苯乙烯聚合而成，三首字母-熱塑性AAS-丙烯腈、丙烯酸酯、苯乙烯聚合而成，三首字母-熱塑性MBS-甲基丙烯腈、丁二烯、苯乙烯聚合而成，三首字母-熱塑性AS-丙烯腈、苯乙烯共聚而成BS-丁二烯、苯乙烯共聚而成PA-聚酰胺（尼龍）Kevlar-聚對(duì)苯酰胺F22A,26%F35,31%A400M,40％X-29,5%全球鷹,59%

1.復(fù)合材料在國(guó)外軍機(jī)上的應(yīng)用6.應(yīng)用舉例F15,1.5%F16,5%F18,9.9％B-2,40％AV-8B,25％V-22,59%2.復(fù)合材料在國(guó)外軍機(jī)上的應(yīng)用DC10，1％B7