第1章复合材料概论精.ppt
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1、第1章复合材料概论第1页,本讲稿共44页1.1.1复合材料的定义 复合材料(Composite materilas)是由两种或两种以上异质、异性、异形的材料,在宏观尺度上复合而成的一种完全不同于其组成材料的新型材料。复合材料的定义包括如下四个含义:(1)它包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法分离的材料。(2)它可以通过将几种分离的材料混合在一起而制成。(3)复合后的性能优于各单独的组成材料,并在某些方面可能具有组成材料所没有的独特性能。(4)通过选取不同的组成材料、改变组成材料的含量与分布等微结构参数,可以改变复合材料的性能,即材料性能具有可设计性并拥有最大的设计自由度。1.1复合材料的
2、定义与分类第2页,本讲稿共44页增强体分为:(1)纤维(Fibre)。(2)颗粒。(3)片材。基体主要分为:(1)有机聚合物。(2)金属。(3)陶瓷。(4)水泥。(5)碳(石墨)等。第3页,本讲稿共44页1 1、按基体材料分、按基体材料分 树脂基:聚酯、环氧、聚碳酸酯、聚酰亚胺等树脂基:聚酯、环氧、聚碳酸酯、聚酰亚胺等 6060年代年代 金属基:金属基:AlAl、TiTi、NiNi、MgMg、ZnZn、CoCo及其合金及其合金 7070年代年代 陶瓷基:陶瓷基:AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2及非氧化物及非氧化物 8080年代年代 2 2、按增强相形状分、按增强相形状分 颗粒颗粒
3、 均布、各向同性均布、各向同性 纤维(长、短纤维和晶须)纤维(长、短纤维和晶须)各向异性或同性各向异性或同性 层片层片 各向异性各向异性1.1.2复合材料的分类第4页,本讲稿共44页3.3.按应用目的分按应用目的分 树脂基树脂基 250 250 金属基金属基 600 600 陶瓷基陶瓷基 15%15%)中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 NaNa2 2O(10.5O(10.512.5%)12.5%)用量少用量少 无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维 E Ca-Al-B-SiE Ca-Al-B-Si系系 用量大用量大 高强玻璃纤维高强玻璃纤维 S Mg-Al-SiS Mg-Al-Si系系 或或B B2 2O O3 3
4、系系 高弹玻璃纤维高弹玻璃纤维 M SM S系中加入系中加入BeOBeO一一.玻璃纤维玻璃纤维GFGF1.1.3几种常用纤维第8页,本讲稿共44页2.2.GFGF的制备的制备制玻璃球制玻璃球铂金坩埚熔融铂金坩埚熔融小漏孔拉丝小漏孔拉丝 (102102、204204、408408孔)孔)涂浸润剂涂浸润剂并股成纱并股成纱纺织成布、毡或带。纺织成布、毡或带。第9页,本讲稿共44页 粗纱粗纱 30m 30m 无捻粗纱、无纺布无捻粗纱、无纺布 初级纱初级纱 20m 20m 短切纤维、纤维毡短切纤维、纤维毡 中级纱中级纱 101020m 20m 高级纱高级纱 3 310m 10m 纺织纺织 浸润剂作用:使
5、纤维柔顺,防止磨损。常用的有:浸润剂作用:使纤维柔顺,防止磨损。常用的有:石蜡乳液石蜡乳液 复合前须清除复合前须清除 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 不必清除不必清除 改性有机硅类改性有机硅类 不必清除不必清除第10页,本讲稿共44页3.GF3.GF的性能的性能(1).(1).力学性能力学性能 抗拉强度:比块玻璃高一个数量级;抗拉强度:比块玻璃高一个数量级;直径直径d,d,强度强度;长度;长度,强度,强度。弹性模量:与铝相当,为钢的弹性模量:与铝相当,为钢的1/31/3倍。倍。因密度低因密度低2.52.5,比模量高。,比模量高。断裂延伸率:低断裂延伸率:低 3%3%(2).(2).热学性能热学性能
6、导热系数:比块玻璃低导热系数:比块玻璃低1 12 2个数量级个数量级 耐热性:普通耐热性:普通Na-Ca-SiNa-Ca-Si玻纤玻纤 500;500;耐热玻纤耐热玻纤(石英,高硅氧石英,高硅氧)1200 1200 第11页,本讲稿共44页(3).(3).电性能电性能 碱玻璃电绝缘性差,随温度、湿度碱玻璃电绝缘性差,随温度、湿度,绝缘性,绝缘性。无碱玻璃电绝缘性好。无碱玻璃电绝缘性好。(4).(4).耐蚀性耐蚀性 纤纤维维比比表表面面积积大大,化化学学稳稳定定性性差差。加加入入网网络络形形成成体体可可改改善耐蚀性。善耐蚀性。无碱玻璃耐水性好。无碱玻璃耐水性好。中碱玻璃耐酸性好。中碱玻璃耐酸性好
7、。无碱和中碱玻纤耐碱性相近。无碱和中碱玻纤耐碱性相近。第12页,本讲稿共44页二、碳纤维二、碳纤维CF由有机由有机纤维经高温固相反高温固相反应(脱(脱氢、交、交联、环化、石墨化)而化、石墨化)而得,主要成分得,主要成分为碳的无机碳的无机纤维。具有重量具有重量轻、强度高、模量高、度高、模量高、导电、导热、膨、膨胀系数系数小、自小、自润滑、耐高温、化学滑、耐高温、化学稳定性好等特点。定性好等特点。由于价格高,一般用于要求高由于价格高,一般用于要求高强、耐高温的重要、耐高温的重要结构件,如航构件,如航天航空、高档体育器材中。天航空、高档体育器材中。第13页,本讲稿共44页碳纤维编织布碳纤维编织布碳纤
8、维板碳纤维板碳纤维碳纤维碳纤维编织环碳纤维编织环碳管碳管第14页,本讲稿共44页碳纤维高尔夫球杆碳纤维高尔夫球杆碳纤维结构件碳纤维结构件碳纤维自行车碳纤维自行车碳纤维齿轮碳纤维齿轮C/CC/C轴承止推承止推环第15页,本讲稿共44页1 1品种品种 分高强、高模、中模和低性能碳纤维分高强、高模、中模和低性能碳纤维 聚丙烯腈基纤维聚丙烯腈基纤维 高、中性能碳纤维高、中性能碳纤维 人造丝基人造丝基(粘胶粘胶)纤维纤维 沥青基纤维沥青基纤维 低性能碳纤维低性能碳纤维 其它其它(多环结构的天然纤维多环结构的天然纤维)原料选择原则:原料选择原则:C链结构,构,杂链结构只能成碳黑。构只能成碳黑。易于交易于交
9、联、环化,碳收率高。化,碳收率高。主主链内含有内含有环状状结构、硬性、构、硬性、结晶度高的晶度高的纤维。第16页,本讲稿共44页2 2制制备方法方法碳化法碳化法 生产长纤维生产长纤维拉丝:拉丝:制有机长纤维制有机长纤维牵伸:牵伸:规整环状结构,使其平行于轴向,提高结晶度。规整环状结构,使其平行于轴向,提高结晶度。氧化稳定:氧化稳定:低温,低温,400,防止热塑化。,防止热塑化。碳化:碳化:10002000,保护性气氛下,脱氢、交联、环化,保护性气氛下,脱氢、交联、环化,得乱层环状石墨。得乱层环状石墨。石墨化:石墨化:20003000,乱层环结构向三维石墨结构转化,形成,乱层环结构向三维石墨结构
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