先進復(fù)合材料－第2講-資料下載頁
2025-04-26 13:55本頁面
【正文】 要的一類 ?種類多 ?固化劑和固化工藝 ?可以稀釋降低粘度、增韌 其他熱固性基體 ? 熱固性 ?聚酰亞胺 … 熱塑性基體 ? 有機玻璃 ? 尼龍 ? 乙烯基高分子 ?聚乙烯 ? 聚乙醚酮樹脂（ PEEK） ? 聚乙醚亞胺樹脂（ PEI） ? PEEK ?為了彌補熱固性樹脂的脆性而研制 ?乙醚、酮以及芳香族組成的結(jié)晶性高分子 ?熔點 300度以上 ?剛度和強度與環(huán)氧樹脂接近、沖擊韌性和斷裂韌性比環(huán)氧高很多 ? C/Epoxy KIC~100150 J/cm2 ? C/PEEK KIC~1500 J/cm2 ?低速沖擊后的殘余壓縮強度 ? 飛機 ?成形溫度和壓力要求比環(huán)氧樹脂高 ? 過程比較復(fù)雜 ? 成本較高 ? PEI ?乙醚和亞胺組成的非結(jié)晶性高分子 ?玻璃化遷移溫度較高 ?耐高溫、韌性好 ?不易燃燒 ?多作為宇宙航空結(jié)構(gòu)及軍事設(shè)備等高性能材料 ? 熱塑性樹脂的性能特點 ?耐沖擊，斷裂韌性高 ?大部分用于汽車、電器產(chǎn)品 ?多數(shù)短纖維復(fù)合 ? 基體的斷裂韌性 ?斷裂韌性的含義和測量 ? 斷裂韌性 ? 指 材料 阻止宏觀裂紋失穩(wěn) 擴展 能力的 度量 ，也是材料抵抗 脆性 破壞的 韌性 參數(shù) 。 ?和 裂紋 本身的大小、形狀及外加 應(yīng)力 大小無關(guān)。是材料固有的 特性 ，只與材料本身、 熱處理 及加工工藝有關(guān)。 ?是 應(yīng)力強度因子 的 臨界值 。常用 斷裂 前 物體 吸收 的 能量 或外界對物體所作的 功 表示。 ? 例如 應(yīng)力 應(yīng)變曲線 下的 面積 。 ?韌性材料因具有大的斷裂伸長值，所以有較大的斷裂韌性，而 脆性材料 一般斷裂韌性較小。 ? 測量方法 ? 壓痕法（ IM） ? 測試試樣表面先拋光成鏡面，在顯微硬度儀上，以10Kg負載在拋光表面用硬度計的錐形金剛石壓頭產(chǎn)生一壓痕，這樣在壓痕的四個頂點就產(chǎn)生了預(yù)制裂紋。根據(jù)壓痕載荷 P和壓痕裂紋擴展長度 C計算出斷裂韌性數(shù)值（ KIC）。 計算公式為： E為揚氏模量，例如對于 Si3N4系統(tǒng)一般取 300GPa。公式中載荷 P單位為 kg, 裂紋長度 C單位為 mm, 顯微硬度HV單位為 GPa。 實物照片 ? 單邊切口梁法 ?在萬能試驗機上進行測試 ?采用三點彎曲的模式進行測量 ?復(fù)雜的制樣和數(shù)據(jù)處理過程 ? 加工長條試樣 ? 線切割開口 ? 疲勞試驗機上預(yù)制疲勞裂紋 ? 測量， 加載測試 ? 數(shù)據(jù)處理 ? 初步處理 ? 判斷結(jié)果合理性，否則要做更大尺寸的樣品 ? 測試方法比較 ?單邊梁法優(yōu)于壓痕法。 ?公認單邊梁法為標(biāo)準測量方法。 ?為了實際方便，要對壓痕法進行修正。以實現(xiàn)又快捷又準確。 ? 熱塑性樹脂的性能特點 ?耐沖擊，斷裂韌性高 ?大部分用于汽車、電器產(chǎn)品 ?多數(shù)短纖維復(fù)合 小結(jié) ? 纖維 ?高于塊體的性能 ?內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征 ? 高定向，低缺陷 ?典型的性能 ?典型的斷裂行為 ? 區(qū)分彈性模量與抗拉強度 纖維的彎曲變形 ? 正是纖維的存在，使得人們可以用很小的力將強度和剛度很大的材料成型為非常復(fù)雜的形狀，而且無纖維斷裂。 ? 這是因為，對于直徑如此小的纖維，當(dāng)把它貼覆在復(fù)雜型面上時其實際上仍處于彈性彎曲。 ——《 先進復(fù)合材料制造技術(shù) 》 p10 ? 根據(jù)典型彈性假設(shè)，當(dāng)把直徑為 d的纖維彎曲成曲率半徑為 ?時的軸向應(yīng)變可表示為： ??2m a xd?舉例：直徑 7?m的纖維彎曲成 ，其軸向應(yīng)變僅為 103，這比碳纖維的典型斷裂應(yīng)變大約小一個數(shù)量級。 在不損傷纖維的前提下，可以成型很小的先進復(fù)合材料零件。 纖維強度的分散性 ? 脆性纖維的強度 ? SiC、 B、 C、 Al2O3等脆性纖維破裂應(yīng)變小，而且強度分散性大 ?纖維強度需采用概率手段進行評價 ? Weibull分布被普遍使用 })(e x p {1)(0mF??? ???? Weibull分布 ? F(?)是破斷概率 ??是纖維強度， ??0和 m分別為尺寸因子和形狀因子 ? m越大分散越小 })(e x p {1)(0mF??? ???1 10 11m =20?0=4m =8?0=4m =100?0=4m =100?0=8F(?)? GP a F1 F2 F3 F4 F5m =6. 9?0=4m形狀因子?0尺寸因子小結(jié) ? 纖維 ?高于塊體的性能 ?內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征 ? 高定向，低缺陷 ?典型的性能 ?典型的斷裂行為 ? 區(qū)分彈性模量與抗拉強度 ?成型時的彈性形變 ?強度的分散性 ? Weibull分布 ? 基體 ?熱固性 ? 不飽和聚酯樹脂的成分與結(jié)構(gòu) ? 大分子聚酯和小分子交聯(lián)單體 ? 引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)實現(xiàn)固化 ? 環(huán)氧樹脂的成分與結(jié)構(gòu) ? 大分子樹脂與小分子固化劑 ? 環(huán)氧值與配方計算 ? 種類繁多 ? 可以離線浸潤，低溫保存 ? 脆性 ? 與基團有一定的關(guān)系 ? 應(yīng)用 ? 黏度低，易于與纖維浸潤 ? 常用于先進復(fù)合材料的制作 ?熱塑性 ? 高韌性 ? 斷裂韌性的定義與測量 ? 應(yīng)用 ? 耐沖擊的場合（蒙皮） 作業(yè) 1 ? 環(huán)氧值為 （ C4H13N3）作為固化劑，二者的理論比例是多少？ ? 思考題：長纖維復(fù)合材料的強度近似為纖維體積含量乘以纖維的強度，假設(shè)纖維強度的分布符合Weilbull分布，試計算體積含量為 50%的碳纖維復(fù)合材料的平均強度。纖維平均強度為 3GPa， m因子為 6。
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