【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，耐腐蝕、耐輻射。 可用于要求耐熱的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，主要與金屬基和陶瓷基復(fù)合。 特點(diǎn)：共價(jià)鍵，相容性好，與基體結(jié)合強(qiáng)度高。,2.B纖維 氣相法將B沉積在W絲或C纖維表面而得。 拉伸強(qiáng)度不高～300MPa 突出特點(diǎn)：彈性模量高，相容性較好。 主要用于金屬和陶瓷增強(qiáng)。 3.Al2O3纖維 熔融垂直拉單晶的方法制備，價(jià)貴。 高溫不存在氧化問題，與金屬等復(fù)合容易。 抗拉強(qiáng)度比GF高3倍，電學(xué)性能優(yōu)良； 不足之處是密度高3.20g/cm3,4. 晶須 陶瓷晶須 金屬晶須 是目前強(qiáng)度最高的品種，接近理論強(qiáng)度，比相應(yīng)的長(zhǎng)纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)。 復(fù)合增強(qiáng)效果不及長(zhǎng)纖維，只能作為補(bǔ)強(qiáng)劑使用。 價(jià)貴，用量有限。,,,E,A,210,47,96,167。4. 復(fù)合界面,復(fù)合材料性能的關(guān)鍵取決于兩相的結(jié)合界面。因?yàn)橄嗯c相通過界面偶合，它起著傳遞應(yīng)力，阻斷裂紋擴(kuò)展，散射吸收各種電磁波，電偶腐蝕等作用。 復(fù)合過程中，液體材料通過潤(rùn)濕、滲透、 擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)形成一層成分、結(jié)構(gòu)不 同于兩相的過渡層微區(qū)——界面。 基體－擴(kuò)散層－化合物層 －擴(kuò)散層－纖維,基體,纖維,1. 物理結(jié)合 （機(jī)械咬合 + 次價(jià)鍵結(jié)合） 液態(tài)基體滲入纖維表面微孔，固化后形成咬合界面。 粗糙界面、低的表面能和低粘度，有利于物理結(jié)合。 極性樹脂如：酚醛、聚酰胺、環(huán)氧等，與極性纖維具有良好的潤(rùn)濕性，并可形成次價(jià)鍵結(jié)合。 非極性樹脂如：聚乙烯、聚丙烯。聚四氟乙烯等，結(jié)合力弱，復(fù)合效果差。 CF表面極性差，經(jīng)氧化后可提高結(jié)合力。,一．典型界面結(jié)合,總之：,物理結(jié)合是一種比較弱的結(jié)合方式。 樹脂基復(fù)合材料若不經(jīng)特殊處理，多為物理結(jié)合。 金屬基部分以物理方式結(jié)合。 陶瓷基幾乎不以這種方式結(jié)合。,2. 擴(kuò)散融合,兩相成分不同，經(jīng)擴(kuò)散或熔融形成過渡層，性質(zhì)介于兩相之間，結(jié)合力較強(qiáng)。 金屬與陶瓷基復(fù)合溫度較高，小分子和原子易于擴(kuò)散，較常見。 3. 化學(xué)結(jié)合 化學(xué)鍵結(jié)合力強(qiáng)。但當(dāng)兩相親合力過強(qiáng)，可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，界面形成較厚的脆性化合物時(shí)，性能反而下降。,樹脂基復(fù)合材料：為提高兩相的潤(rùn)濕性和結(jié)合力，通常采用偶聯(lián)劑處理纖維表面，或?qū)⑴悸?lián)劑直接加到液態(tài)樹脂中，以便形成化學(xué)鍵結(jié)合。 金屬與陶瓷材料：化學(xué)鍵結(jié)合常見。多數(shù)情況在界面上形成化合物層，脆性大，對(duì)力學(xué)性能不利。尤其是高溫使用的材料，應(yīng)防止延續(xù)反應(yīng)。,二. 增強(qiáng)材料的表面處理,為改善纖維表面的浸潤(rùn)性，提高界面結(jié)合力，對(duì)纖維進(jìn)行的預(yù)處理 —— 表面改性。 要點(diǎn)：不同的復(fù)合體系應(yīng)采用不同的處理方法。 樹脂基 —— 提高化學(xué)結(jié)合 金屬及陶瓷基 —— 抑制化學(xué)反應(yīng),1．玻璃纖維 GF成分為SiO2，表面吸水后成OH，可與含OH、 －COOH、Cl的偶聯(lián)劑反應(yīng)成醚鍵結(jié)合。 偶聯(lián)劑通式： R M – X M 中心離子 Cr+ Si+ Ti+3等高價(jià)金屬離子。 R 可與聚合物交聯(lián)的基團(tuán)。如不飽和雙鍵、氨基、環(huán)氧、 巰基等。 X 可與玻纖表面醚化的活性基團(tuán)。如：Cl、OH、 COOH、OCHOC2H5。,2. 碳纖維 ? 氧化法 提高表面粗造度和極性。 ? 沉積法 CVD沉積碳晶須。 ? 電聚合法 接枝高分子支鏈 3．芳綸等有機(jī)纖維 等離子處理，使苯環(huán)氧化成 COOH、 OH ；或接枝聚合生成高分子支鏈。,4. 與金屬基復(fù)合的纖維 目的： 提高浸潤(rùn)性，抑制化學(xué)反應(yīng)。 ? CF、BF與金屬反應(yīng)活性高，化學(xué)相容性差； ? 氮化物、碳化物纖維反應(yīng)活性較低； ? Al2O3反應(yīng)活性最低。 措施： ? 降低復(fù)合溫度，減少高溫停留時(shí)間。 ? 涂覆隔離層。如CF、BF表面涂SiC。 ? 鍍覆金屬層，改善浸潤(rùn)性。如Al2O3纖維鍍Cu、Ni等。,167。5. 聚合物基復(fù)合材料,一. 基本性能 ? 具有較高的比強(qiáng)度和比模量。 ? 抗疲勞性能好，安全性高。 ? 減振、隔音、保溫、隔熱。 ? 彈性模量不夠高、斷裂延伸率小、抗沖擊強(qiáng)度差、橫向強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度低。 ? 手工勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定。,二. 品種,GF增強(qiáng)熱固性塑料（GFRP） 玻璃鋼,⑴、聚酯玻璃鋼 加工性能最好。低粘度，可室溫固化；價(jià)低，用量占80% 。 ⑵、環(huán)氧玻璃鋼 綜合力學(xué)性能最好，耐蝕性好；粘度大，施工困難。 ⑶．酚醛玻璃鋼 耐熱性最好, 350℃長(zhǎng)期使用，短期可達(dá)1000℃；電學(xué)性能好，耐電弧。,GF增強(qiáng)熱塑性塑料 (FRTP) 特點(diǎn)： ⑴、比重最輕1.1～1.6 ⑵、抗儒變性等力學(xué)性能明顯提高 ⑶、熱學(xué)性能大大改善50% ⑷、尺寸穩(wěn)定性提高,高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)塑料,⑴、C纖維增強(qiáng)塑料 比強(qiáng)度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很 好。抗沖擊性差，價(jià)格昂貴。 ⑵、芳綸纖維增強(qiáng)塑料 ? 與塑料相容性好，價(jià)格適中，應(yīng)用前景廣泛。 ? 抗拉強(qiáng)度與C纖維相當(dāng)，沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于C纖維； 振動(dòng)衰減是玻璃鋼的4～5倍。 ? 抗壓性能差。,⑶、B纖維增強(qiáng)塑料 突出優(yōu)點(diǎn)是剛度好，價(jià)格比C纖維還貴。 ⑷、SiC纖維增強(qiáng)塑料 突出優(yōu)點(diǎn)是與樹脂相容性好。,芳綸纖維增強(qiáng),C纖維增強(qiáng),包括：材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 ? 材料設(shè)計(jì)：根據(jù)使用要求，選取原材料；安排合適的工藝路線，將其制成滿足性能要求的材料。 ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定構(gòu)件的最終構(gòu)型、幾何尺寸、組合關(guān)系等，使之 滿足力學(xué)性能，安全壽命，可加工性和經(jīng)濟(jì)性要求。 設(shè)計(jì)過程：,三、聚合物基復(fù)合材料設(shè)計(jì),材料設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1．設(shè)計(jì)條件,? 載荷情況 ? 環(huán)境條件：溫度，濕度，腐蝕等?？赡芤鸬膹?qiáng)度 下降。（如GF、KF耐濕性差） ? 功能性要求：如燒蝕、潤(rùn)滑、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、防雷電、 抗電磁干擾、透光等。 ? 構(gòu)件形狀限制：緊湊性、可靠性，施工性和經(jīng)濟(jì)性。,靜載 強(qiáng)度，剛度。 動(dòng)載 抗沖擊強(qiáng)度。 交變 疲勞強(qiáng)度。,2．原料選擇,原則：滿足性能要求，廉價(jià)，易于獲得。GF→KF→CF 特殊要求： ? 高強(qiáng)度，高剛度 高性能CF、BF ? 高抗沖擊 GF、KF ? 低溫性能 CF ? 尺寸穩(wěn)定 KF、CF ? 透波，吸波 GF、KF、Al2O3,,,,基體材料樹脂的選取：,受力結(jié)構(gòu)件首選熱固性樹脂；大量使用、連續(xù)擠壓次受力件可選熱塑性樹脂（如建筑裝飾）。 150℃，聚酯或環(huán)氧 150～400℃，聚酰亞胺或雙馬來酰亞胺樹脂 內(nèi)裝飾件，酚醛樹脂（阻燃性好）,單層設(shè)計(jì) 目的：為層合板設(shè)計(jì)提供依據(jù) 強(qiáng)度、剛度。 一般過程：確定復(fù)合比 → 性能預(yù)測(cè) → 實(shí)驗(yàn)校核 ⑴、確定復(fù)合比,⑵、剛度預(yù)測(cè)與核定 理論推測(cè)，實(shí)驗(yàn)核定。 ⑶、強(qiáng)度預(yù)測(cè)與核定 ? 橫向強(qiáng)度預(yù)測(cè)困難，以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。 ? 縱向拉伸強(qiáng)度 （纖維延伸率小，首先斷裂。）,纖維量多，取決于纖維,纖維量少，取決于基體,? 縱向壓縮強(qiáng)度,取計(jì)算結(jié)果小者,最后以實(shí)驗(yàn)校核為準(zhǔn),層合板設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：確定鋪層取向，鋪層順序，層合厚度。,0/+45/90/