【文章內容簡介】 ，耐腐蝕、耐輻射。 可用于要求耐熱的高強度結構件，主要與金屬基和陶瓷基復合。 特點：共價鍵，相容性好，與基體結合強度高。,2.B纖維 氣相法將B沉積在W絲或C纖維表面而得。 拉伸強度不高～300MPa 突出特點：彈性模量高，相容性較好。 主要用于金屬和陶瓷增強。 3.Al2O3纖維 熔融垂直拉單晶的方法制備，價貴。 高溫不存在氧化問題，與金屬等復合容易。 抗拉強度比GF高3倍，電學性能優(yōu)良； 不足之處是密度高3.20g/cm3,4. 晶須 陶瓷晶須 金屬晶須 是目前強度最高的品種，接近理論強度，比相應的長纖維高一個數量級。 復合增強效果不及長纖維，只能作為補強劑使用。 價貴，用量有限。,,,E,A,210,47,96,167。4. 復合界面,復合材料性能的關鍵取決于兩相的結合界面。因為相與相通過界面偶合，它起著傳遞應力，阻斷裂紋擴展，散射吸收各種電磁波，電偶腐蝕等作用。 復合過程中，液體材料通過潤濕、滲透、 擴散和化學反應形成一層成分、結構不 同于兩相的過渡層微區(qū)——界面。 基體－擴散層－化合物層 －擴散層－纖維,基體,纖維,1. 物理結合 （機械咬合 + 次價鍵結合） 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濕性，并可形成次價鍵結合。 非極性樹脂如：聚乙烯、聚丙烯。聚四氟乙烯等，結合力弱，復合效果差。 CF表面極性差，經氧化后可提高結合力。,一．典型界面結合,總之：,物理結合是一種比較弱的結合方式。 樹脂基復合材料若不經特殊處理，多為物理結合。 金屬基部分以物理方式結合。 陶瓷基幾乎不以這種方式結合。,2. 擴散融合,兩相成分不同，經擴散或熔融形成過渡層，性質介于兩相之間，結合力較強。 金屬與陶瓷基復合溫度較高，小分子和原子易于擴散，較常見。 3. 化學結合 化學鍵結合力強。但當兩相親合力過強，可能發(fā)生化學反應，界面形成較厚的脆性化合物時，性能反而下降。,樹脂基復合材料：為提高兩相的潤濕性和結合力，通常采用偶聯(lián)劑處理纖維表面，或將偶聯(lián)劑直接加到液態(tài)樹脂中，以便形成化學鍵結合。 金屬與陶瓷材料：化學鍵結合常見。多數情況在界面上形成化合物層，脆性大，對力學性能不利。尤其是高溫使用的材料，應防止延續(xù)反應。,二. 增強材料的表面處理,為改善纖維表面的浸潤性，提高界面結合力，對纖維進行的預處理 —— 表面改性。 要點：不同的復合體系應采用不同的處理方法。 樹脂基 —— 提高化學結合 金屬及陶瓷基 —— 抑制化學反應,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)劑反應成醚鍵結合。 偶聯(lián)劑通式： R M – X M 中心離子 Cr+ Si+ Ti+3等高價金屬離子。 R 可與聚合物交聯(lián)的基團。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。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. 與金屬基復合的纖維 目的： 提高浸潤性，抑制化學反應。 ? CF、BF與金屬反應活性高，化學相容性差； ? 氮化物、碳化物纖維反應活性較低； ? Al2O3反應活性最低。 措施： ? 降低復合溫度，減少高溫停留時間。 ? 涂覆隔離層。如CF、BF表面涂SiC。 ? 鍍覆金屬層，改善浸潤性。如Al2O3纖維鍍Cu、Ni等。,167。5. 聚合物基復合材料,一. 基本性能 ? 具有較高的比強度和比模量。 ? 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、抗沖擊強度差、橫向強度、層間剪切強度低。 ? 手工勞動強度大，質量不穩(wěn)定。,二. 品種,GF增強熱固性塑料（GFRP） 玻璃鋼,⑴、聚酯玻璃鋼 加工性能最好。低粘度，可室溫固化；價低，用量占80% 。 ⑵、環(huán)氧玻璃鋼 綜合力學性能最好，耐蝕性好；粘度大，施工困難。 ⑶．酚醛玻璃鋼 耐熱性最好, 350℃長期使用，短期可達1000℃；電學性能好，耐電弧。,GF增強熱塑性塑料 (FRTP) 特點： ⑴、比重最輕1.1～1.6 ⑵、抗儒變性等力學性能明顯提高 ⑶、熱學性能大大改善50% ⑷、尺寸穩(wěn)定性提高,高強度纖維增強塑料,⑴、C纖維增強塑料 比強度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很 好。抗沖擊性差，價格昂貴。 ⑵、芳綸纖維增強塑料 ? 與塑料相容性好，價格適中，應用前景廣泛。 ? 抗拉強度與C纖維相當，沖擊強度遠高于C纖維； 振動衰減是玻璃鋼的4～5倍。 ? 抗壓性能差。,⑶、B纖維增強塑料 突出優(yōu)點是剛度好，價格比C纖維還貴。 ⑷、SiC纖維增強塑料 突出優(yōu)點是與樹脂相容性好。,芳綸纖維增強,C纖維增強,包括：材料設計和結構設計。 ? 材料設計：根據使用要求，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。 ? 結構設計：確定構件的最終構型、幾何尺寸、組合關系等，使之 滿足力學性能，安全壽命，可加工性和經濟性要求。 設計過程：,三、聚合物基復合材料設計,材料設計,結構設計,1．設計條件,? 載荷情況 ? 環(huán)境條件：溫度，濕度，腐蝕等。可能引起的強度 下降。（如GF、KF耐濕性差） ? 功能性要求：如燒蝕、潤滑、導電、導熱、防雷電、 抗電磁干擾、透光等。 ? 構件形狀限制：緊湊性、可靠性，施工性和經濟性。,靜載 強度，剛度。 動載 抗沖擊強度。 交變 疲勞強度。,2．原料選擇,原則：滿足性能要求，廉價，易于獲得。GF→KF→CF 特殊要求： ? 高強度，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?。?受力結構件首選熱固性樹脂；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 內裝飾件，酚醛樹脂（阻燃性好）,單層設計 目的：為層合板設計提供依據 強度、剛度。 一般過程：確定復合比 → 性能預測 → 實驗校核 ⑴、確定復合比,⑵、剛度預測與核定 理論推測，實驗核定。 ⑶、強度預測與核定 ? 橫向強度預測困難，以實驗為準。 ? 縱向拉伸強度 （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,? 縱向壓縮強度,取計算結果小者,最后以實驗校核為準,層合板設計 內容包括：確定鋪層取向，鋪層順序，層合厚度。,0/+45/90/