07第四章(1)聚合物基復(fù)合材料(參考版)
2024-08-15 18:19本頁面
【正文】 63 圖 擠出成型工藝示意圖 64 反應(yīng)注射成型 （ 1）工藝概要 ① 兩種組分在混合區(qū)低壓混合 （ ） ； ② 低壓注射到閉模中 （ ） ； ③ 模具中 反應(yīng)成型 工藝關(guān)鍵 ： 在一種組分內(nèi)加入磨碎玻纖原絲（增加強(qiáng)度） 65 圖 反應(yīng)注射成型示意圖 66 （ 2）優(yōu)點(diǎn) 1） 工藝成本較低 ； 2） 可快速生產(chǎn) （固化快） 3） 可制造大尺寸、形狀復(fù)雜制品 ； （ 3）缺點(diǎn) 采用磨碎玻璃纖維增強(qiáng)原料費(fèi)用高 （ 4）主要產(chǎn)品 汽車儀表盤、建筑門、窗、桌、沙發(fā)、電絕緣件 67 樹脂膜熔浸成型 （ 1）工藝概要 ① 將增強(qiáng)物與樹脂片 交替鋪放 在模具內(nèi)； ② 用真空袋包覆鋪層并 抽真空 ； ③ 加熱熔化樹脂 并 流浸 增強(qiáng)物； ④ 經(jīng)過一段時(shí)間使其固化 68 圖 樹脂膜熔浸成型示意圖 69 （ 2）優(yōu)點(diǎn) 1） 空隙率低，纖維含量高 ； 2） 較預(yù)浸法成本低 （ 3）缺點(diǎn) 1） 模具能經(jīng)受一定溫度 ； 2） 尚未推廣 （ 4）典型產(chǎn)品 飛機(jī)雷達(dá)罩、艦艇聲納整流罩 70 纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料一般性能特點(diǎn) 力學(xué)性能 （ 1） 力學(xué)性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度高 （ 密度小 ） 性能各向異性 （ 短纖維增強(qiáng)時(shí)各向同性 ） 性能分散性大 （ 影響因素太多 ） （ 2）靜態(tài)拉伸性能 ： 完全彈性形變 （ 無屈服點(diǎn)、塑性區(qū) ） 71 圖 纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變曲線 CFRP(HM)：高模碳纖維； CFRP(HT)：高強(qiáng)碳纖維； KFRP： Kevlar纖維； GFRP：玻璃纖維 72 軸向拉伸強(qiáng)度和模量 ： 隨纖維體積分?jǐn)?shù)增大而增大 橫向拉伸強(qiáng)度和模量 ： 主要由基體和界面控制 彎曲強(qiáng)度和彈性模量 ： 性能分散性較大 剪切強(qiáng)度和模量 ： 與界面和基體材料有關(guān) ， 有方向性 73 （ 3）高溫力學(xué)性能 ： 主要 由基體控制 圖 FRP的 高溫力學(xué)性能 UP：不飽和聚酯 EP：環(huán)氧樹脂 PEEK：聚醚醚酮 PI：聚酰亞胺 74 （ 4） 疲勞性能 疲勞破壞 ： 低于 靜態(tài)強(qiáng)度極限 動載荷 ， 作用 一段時(shí)間 的破壞 SN曲線 ： 最大應(yīng)力 與 循環(huán)次數(shù) 關(guān)系曲線 影響因素 ： 纖維類型；基體類型；鋪層形式；界面性質(zhì)； 載荷形式；平均應(yīng)力；應(yīng)力頻率；環(huán)境條件 FRP疲勞強(qiáng)度 ：與靜態(tài)強(qiáng)度比值約 （ 循環(huán) 107） 75 圖 FRP與金屬鋁的疲勞性能對比 KF： Kevlar 纖維； BF：硼纖維； SGF：高強(qiáng)玻璃纖維； EGF： E玻璃纖維； EP：環(huán)氧樹脂 76 （ 5）沖擊韌性 沖擊試驗(yàn) ：測量 標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣 破壞所需能量 DI 指數(shù) ：裂紋擴(kuò)展能 QP與裂紋引發(fā)能 Qi之比 DI = QP / Qi QP + Qi = Q（ Q：沖擊破壞所吸收能量 ） DI越大，材料韌性越好；對完全脆性材料， DI = 0 77 圖 沖擊試驗(yàn)中的典型加載歷程 78 FRP的能量吸收方式： 纖維脫膠 、 纖維拔出 、 纖維破壞 、 基體變形和開裂 、 分層裂紋 圖 纖維復(fù)合材料中裂紋擴(kuò)展模式 79 纖維非常顯著地影響破壞模式 （ 韌性纖維較脆性纖維有更高的沖擊強(qiáng)度 ） 基體變形要吸收較多的能量 （ 較之熱固性 ， 熱塑性基體有較大塑性變形而沖擊強(qiáng)度高 ） 纖維與基體界面粘結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)烈地影響沖擊破壞模式 （ 纖維脫膠可吸收大量能量 ） 80 材料 體積比 （ Vol %） 沖擊強(qiáng)度 （ KJ / m2） 石墨 / EP Kavlar40 / EP S – GF / EP BF / EP 4130合金鋼 4340合金鋼 2024 – T3鋁合金 6061 – T6鋁合金 55 65 72 60 114 693 693 78 592 215 84 153 表 各種材料的典型沖擊強(qiáng)度 81 物理及化學(xué)性能 （ 1）電性能 ：介于 增強(qiáng)纖維 和 基體樹脂 電性能之間 （ 樹脂品種、纖維表面處理等影響電性能 ） 水的影響 ： 很大 (潮濕環(huán)境或者水中浸泡電阻下降很大 ) 82 （ 2） 熱性能 導(dǎo) 熱 性 能： 良好隔熱材料 熱膨脹系數(shù)：在 一定溫度范圍 內(nèi)有 較好尺寸穩(wěn)定性 熱變形溫度： 很差 （ 不超過 250度 ） （ 3） 耐熱性 （ 溫度對力學(xué)性能影響 ） 較大溫度依賴性 （ 常溫下較好 ， 溫度升高急劇下降 ） 83 （ 4）阻燃性及耐火性 ： 依賴于基體樹脂 （ 5）光學(xué)性能 ：取決于 基體和增強(qiáng)體對光透過性和折射性 （ 6）耐化學(xué)腐蝕性 ： 優(yōu)良耐化學(xué)腐蝕性 （ 7） 耐候性 ： 戶外使用時(shí)抵抗各種氣候因素的能力 （ 日光 、 O O 熱 、 雨 、 風(fēng) 、 沙 、 鹽霧 ） FRP耐候性： 表面失去光澤 、 起毛 、 變黃 、 纖維外露 力學(xué)性能無顯著變化 (就力學(xué)性能而言優(yōu)秀 ) 84 玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂（ FRTP） 玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂 基體樹脂 ： 聚丙烯、 ABS樹脂、聚甲醛、聚酰胺、聚酯 性能改善 ：力學(xué)性能、物理化學(xué)性能 均有明顯提高 突出優(yōu)點(diǎn) ： 更高的比性能 （ 更小的密度 ） 85 玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（ FRPP） 增強(qiáng)方式： 玻璃短纖維，含量一般為 30% 40%； 性能特點(diǎn)： 抗拉強(qiáng)度可達(dá) 100 MPa 明顯改善 低溫脆性 、 抗沖擊性 、 熱變形性 吸水率小 86 玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺 （ FRPA） 基體特點(diǎn)： 強(qiáng)度高 、 耐磨性好 、 吸水率大 、 耐熱性差 增強(qiáng)方式：玻璃纖維含量 30% 35%； 性能改進(jìn)： 抗拉強(qiáng)度提高 23 倍 耐熱性 、 電絕緣性明顯提高 耐磨性有所降低 常見舉例： 玻璃纖維增強(qiáng)尼龍 6（ 尼龍 6 尼龍 1010） 87 玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（ FRABS）
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