混雜增強(qiáng)復(fù)合材料課件

研究材料

使用性能組成結(jié)構(gòu)合成與加工研究材料1改善材料性能途徑：

有機(jī)纖維，高分子鏈引入第三組分進(jìn)行共聚、共混；

合成新型的材料；

研制纖維混雜增強(qiáng)的復(fù)合材料；

對纖維進(jìn)行表面處理。改善材料性能途徑：2一、混雜纖維復(fù)合材料概述兩種或兩種以上的連續(xù)纖維增強(qiáng)同一種樹脂基體的復(fù)合材料稱之為混雜復(fù)合材料。樹脂基體有環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂和熱塑性樹脂等；增強(qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維和凱夫拉纖維等的組合。一、混雜纖維復(fù)合材料概述兩種或兩種以上的連續(xù)纖維增強(qiáng)同一種樹3界面力學(xué)性能復(fù)合材料混雜方式混雜纖維復(fù)合材料特點(diǎn)混雜纖維復(fù)合材料發(fā)展方向界面4混雜復(fù)合材料的界面混雜復(fù)合材料的界面從概念上說與復(fù)合材料的界面含義是一樣的，但在混雜復(fù)合材料中由于有兩種以上的纖維，又有不同的混雜形式。因此，在復(fù)合材料中所造成的界面將有幾種不同的類型.混雜復(fù)合材料的界面5改善界面表面處理：1.表面活化2.表面包覆包覆無機(jī)物包覆有機(jī)物改善界面表面處理：包覆無機(jī)物包覆有機(jī)物6混雜復(fù)合材料的力學(xué)性能混雜纖維復(fù)合材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度與單一纖維情況一樣，也可用混合定律處理，但要復(fù)雜一些?；祀s纖維復(fù)合材料的力學(xué)行為不僅與組分性質(zhì)、含量有關(guān)，而且與混雜方式也有關(guān)系。界面混雜復(fù)合材料的力學(xué)性能界面7如圖所示，當(dāng)混雜復(fù)合材料應(yīng)變達(dá)到低伸長纖維的斷裂應(yīng)變時，低伸長纖維首先斷裂，即一級拉伸破壞強(qiáng)度。低伸長纖維斷裂后，試樣是否能繼續(xù)承載取決于高伸長纖維的含量。當(dāng)其含量超過臨界含量時，載荷由高伸長纖維承擔(dān)直到整個材料破壞。這時的斷裂強(qiáng)度稱之為二級拉伸破壞強(qiáng)度。如圖所示，當(dāng)混雜復(fù)合材料應(yīng)8縱向彈性模量：混雜復(fù)合材料的縱向拉伸彈性模量介于兩種單一纖維復(fù)合材料之間。以兩種纖維混雜為例1.當(dāng)基體對彈性模量有貢獻(xiàn)混雜方式，其起始彈性模量為：

EL=Ef1Vf1+Ef2Vf2+EmVm2.當(dāng)混雜復(fù)合材料應(yīng)變達(dá)到低伸長纖維的斷裂應(yīng)變時，低伸長纖維首先斷裂，即一級拉伸破壞時：

EL=Ef2Vf2+EmVm3.假設(shè)基體對復(fù)合材料的彈性模量貢獻(xiàn)可以忽略：

EL=（Ef1Vf1+Ef2Vf2）（1-Vm

）縱向彈性模量：92、橫向彈性模量ET：1/ET=Vf/EfT+Vm/EmT1/ET=Vf

2/（EfT1Vf1+EfT

2Vf2）+Vm/EmTEfT為纖維的橫向彈性模量，Vf為總的纖維體積比。2、橫向彈性模量ET：10混雜復(fù)合材料的混雜方式1、單向混雜纖維復(fù)合材料單向混雜纖維復(fù)合材料是通過預(yù)浸料沿一個方向的鋪層來實(shí)現(xiàn)的，但其鋪層方式可以是不同的，有層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜和短纖維混雜等四種方式。界面混雜復(fù)合材料的混雜方式1、單向混雜纖維復(fù)合材料界面11混雜增強(qiáng)復(fù)合材料課件122、單向預(yù)浸料角度鋪層混雜2、單向預(yù)浸料角度鋪層混雜133、混雜織物混雜3、混雜織物混雜144、三向編織物混雜三向編織混雜復(fù)合材料是一種三維方向上使用不同類型或不同性能的纖維編織復(fù)合材料。主要是根據(jù)使用上的要求，工藝上的可實(shí)現(xiàn)性來決定的。4、三向編織物混雜155、復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)包括單一纖維復(fù)合材料的面板與不同形式的夾芯復(fù)合；混雜復(fù)合材料的面板與不同形式的夾芯復(fù)合；或者根據(jù)需要采用不同的內(nèi)外混雜面板與不同的夾芯復(fù)合。5、復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)16混雜復(fù)合材料特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料設(shè)計的統(tǒng)一性?；祀s纖維復(fù)合材料可以根據(jù)結(jié)構(gòu)使用性能要求，通過不同類型纖維、不同纖維的相對含量、不同的混雜方式進(jìn)行設(shè)計，以滿足對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和功能兼?zhèn)涞囊蟆＝缑婊祀s復(fù)合材料特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料設(shè)計的統(tǒng)一性。界面172）擴(kuò)大構(gòu)件設(shè)計自由度與工藝實(shí)現(xiàn)的可能性?；祀s復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計自由度較單一纖維復(fù)合材料要大。由于混雜復(fù)合材料構(gòu)件工藝實(shí)現(xiàn)的可能性超過單一纖維復(fù)合材料，相應(yīng)又進(jìn)一步擴(kuò)大了構(gòu)件的設(shè)計自由度。如玻璃纖維復(fù)合材料飛機(jī)機(jī)翼的翼尖部位剛度不夠，可在翼尖部位適當(dāng)使用碳纖維，制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件來增加剛度。而這種混雜復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計在工藝上是不難實(shí)現(xiàn)的。2）擴(kuò)大構(gòu)件設(shè)計自由度與工藝實(shí)現(xiàn)的可能性。183）提高與改善復(fù)合材料的某些性能。通過不同類型纖維、不同纖維的相對含量、不同的混雜方式進(jìn)行設(shè)計可得到不同的混雜纖維復(fù)合材料，以提高或改善復(fù)合材料的某些性能。3）提高與改善復(fù)合材料的某些性能。191.在碳纖維復(fù)合材料中用15%玻璃纖維和碳纖維混雜，其沖擊強(qiáng)度較單一碳纖維復(fù)合材料提高2~3倍。2.玻璃纖維復(fù)合材料的模量較低。如引入50%的碳纖維作為表層，其模量可達(dá)到碳纖維復(fù)合材料的90%。1.在碳纖維復(fù)合材料中用15%玻璃纖維和碳纖維混雜，其沖擊強(qiáng)203.碳纖維、Kevlar纖維等沿纖維軸向具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)，如與具有正的熱膨脹系數(shù)纖維混雜可以得到預(yù)定熱膨脹系數(shù)的材料，甚至可得到零熱膨脹系數(shù)的材料。這對飛機(jī)、衛(wèi)星等用高精密構(gòu)件是非常重要的。3.碳纖維、Kevlar纖維等沿纖維軸向具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)214）降低制品成本。在性能允許的情況下，用價格低的纖維取代部分高價纖維制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件可以降低制品成本。另一方面，使用適量高價但高性能的纖維制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件，獲得材料的高性能/價格比，同樣獲得大的經(jīng)濟(jì)效益。4）降低制品成本。22如直升飛機(jī)的金屬旋翼槳葉改用混雜復(fù)合材料，就材料本身可能增加了成本。但結(jié)構(gòu)改變后，零件數(shù)由原400種減少到100余種，重量減輕40%，同時簡化了生產(chǎn)工藝、縮短了制備周期使用壽命由金屬的幾百小時提高到上萬小時，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如直升飛機(jī)的金屬旋翼槳葉改用混雜復(fù)合材料，就材料本身可能