聚合基复合材料第一章 绪论02培训.ppt

1.5 复合材料的特性 聚合物基复合材料是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。 1.5.1 比强度、比模量（刚度）高 比强度是材料强度与密度之比值即： 比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）——质量相等的前提下，衡量材料承载能力； 比模量是材料模量与密度之比值即： 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。—质量相等的前提下，刚度特性指标； 一般比强度愈大，原料自重就愈小；比模量越大，零件的刚性就愈大。 据估计，当用复合材料和用高强度钢制成具有相同强度的零件时，其重量可减轻70％左右，这对于需要减轻材料重量的构件具有十分重大的意义。 1.5.1 比强度、比模量（刚度）高 由表1-1可见：复合材料的高比强度和高比模量来源于增强纤维的高性能和低密度。 1.5.1 比强度、比模量（刚度）高 1.5.2 耐疲劳性能好，破损安全性能高 疲劳： 工程构件在服役过程中，由于承受变动载荷或反复承受应力和应变，即使应力低于屈服强度，也会导致裂纹萌生和扩展，以至构件材料断裂而失效，或使其力学性质变坏。 疲劳破坏过程的三个组成部分 ① 裂纹萌生——成核 ② 裂纹扩展 ③ 最终断裂 成核的条件 缺陷、 局部应力集中 其它杂质等。 疲劳破坏的种类不同： 金属 突发性破坏 疲劳强度极限是其拉伸强度的30%~50% 碳纤维/聚酯复合材料 有预兆破坏 疲劳强度极限是其拉伸强度的70%~80% 原因： 复合材料的破坏经历基体开裂、界面脱粘、纤维拔出，断裂等一系列损伤的发展过程。 基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生断裂时，其失去部分载荷又会通过基体传递而迅速分散到其他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会因此而丧失承载能力。 故复合材料疲劳破坏前有预兆，疲劳极限比较高。 阻尼减振性好的原因： ① 复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高，不容易发生共振而快速脆断； 受力结构的自振频率有关因素： 结构形状 比模量的平方根 ②复合材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的振动阻尼很高，一旦振起来，在较短的时间内也可以停下来。 （1）瞬时耐高温性、耐烧蚀性好； 例如：玻璃纤维增强塑料(glass-fiber reinforced plastics，GFRP)——1942年问世，是应用最广的复合材料，强度可与钢媲美，俗称玻璃钢。是复合材料的鼻祖。 具有优异的耐烧蚀性、轻量性和强度特性等，玻璃钢的用途很广，涉及国防、航空、宇航、机械、交通运输和人民生活的许多方面。由于它的导热系数只有金属材料的1%，同时可制成具有高比热容，熔融热和汽化热的材料，被用来制造人造卫星、导弹和火箭的外壳（耐烧蚀层）。 玻璃钢不反射无线电波，微波透过性好，是制造雷达罩的理想材料。由于它显示了其它工业材料无以伦比的许多优异特性，而在材料科学界引起了强烈反响，它启迪人们去寻求新的增强纤维，以开发性能更加优越的新型复合材料。 （3）良好的摩擦性能；优良的耐腐蚀性；有特殊的光学、电学、磁学。 例如：碳纤维增强塑料(carbon-fiber reinforced plastics，CFRP) ——是最有代表性、性能最优越的塑料(即树脂)基复合材料 优点　碳纤维的强度比钢大四倍，重量只有钢的1／4，比铝还轻。碳纤维复合材料广泛应用在航空工业中。与玻璃钢相比，强度高0.5～1倍，弹性模量高2～4倍，同时还具有多种功能。包括：①很高的耐腐蚀性；②优良的热特性(绝热性，隔热性和尺寸稳定性等)；③一定的电性能(通电发热，防静电干扰，导电性等)；④滑动特性(耐磨性，润滑性)；⑤减振性能(减振防噪等)；⑥放射线特性(X射线透过性)等。它的优异性能是其它纤维增强塑料无法比拟的。 ?原生态撑杆开创历史 ??? 1789年，德国人普茨跳过了1.83米，这或许是历史上第一个有案可查的撑杆跳纪录。然而两百多年后，只一个年纪轻轻的姑娘便可以轻而易举地越过5米的高度。长久以来，人们不断地尝试让自己的身体更接近