混杂复合材料.ppt

第四章复合材料论第6节混杂复合材料 第二小组学号 16461009姓名 徐浩2018年10月15日 第一章物态及其变化 本章主要内容 一 混杂纤维增强复合材料的结构形式二 混杂纤维增强复合材料的特性三 混杂纤维增强复合材料的应用 第一章物态及其变化 3 混杂复合材料的含义 广义上 混杂复合材料包括混杂纤维增强复合材料和混合基体复合材料 前者一般是由两种或两种以上的纤维混杂增强一种基体所构成 4 一 混杂纤维增强复合材料的结构形式 知识点一 影响混杂纤维复合材料性能的因素 除了包括一般复合材料性能的影响因素之处 还与所用混杂纤维的类型混杂比 混杂方式等有关 其中增强纤维的混杂方式 亦称混杂复合材料的结构形式 即内种纤维在混杂复合材料中的分布状况 具有重要意义 第一章物态及其变化 5 知识点二 混杂纤维复合材料结构形式分类 A型 层内混杂复合材料由两种纤维按一定的混杂比均匀的分散在同一基体中而构成的复合材料 B型 层间混杂复合材料由两种不同的单纤维复合材料层以不同的比例及方式交替的铺迭在一起所构成的复合材料 C型 夹芯结构通常是由一种普通纤维增强复合材料作为芯层 另一种高性能纤维增强复合材料作为表层所构成的复合材料 AB型 层内 层间混杂复合材料由A型和B型两种结构形式迭加而成 D型 超混杂复合材料由金属材料 各种单一复合材料 包括蜂窝夹芯 泡沫塑料夹芯等 所组成的复合材料 第一章物态及其变化 8 几种混杂纤维增强复合材料示意图 第一章物态及其变化 9 混杂复合材料的混杂方式大体可分为6种类型 第一章物态及其变化 10 混杂纤维复合材料由于采用两种纤维混杂 复合材料的性能出现综合效果 混杂效应是指混杂纤维复合材料所特有的一种现象 不仅与材料的组分结构 性能有关 而且还与混杂的结构类型 受力形式 界面状况 以及对能量的不同响应等有关 应正确理解与应用混杂效应 第一章物态及其变化 11 混杂纤维复合材料承受各种形式载荷会引起各种破坏过程 破坏的形式多种多样 有基体开裂 界面脱胶 纤维断裂 拔出等 这些形态可能分别发生 也可能几个同时发生 由于混杂纤维复合材料存在两种以上纤维 增加了界面类型 界面数 各种纤维的力学性能差异以及相互协调制约等 使引起的 混杂效应 十分复杂 第一章物态及其变化 12 第一章物态及其变化 13 2 混杂纤维增强复合材料的特性 1 事实上 针对不同的应用条件和要求 充分发挥混杂纤维增强复合材料结构设计与材料设计的统一性 以及混杂复合材料构件设计自由度大的特点 采用不同类型和性质的增强纤维 通过合理的材料设计和成型工艺 可获得更好的综合性能及更高性能价格比的复合材料 甚至包括兼有相反性能的复合材料 2 混杂复合材料最大的特点是多种材料性能的兼容性 第一章物态及其变化 14 3 混杂纤维强度复合材料的特性具体包括以下几个方面 a 冲击强度和断裂韧性显著提高b 相对于高级单纤维复合材料 混杂纤维增强复合材料的成本明显降低c 提高疲劳强度d 改善刚度性能e 特殊的热膨胀性能 由于混杂复合材料具有多种材料性能的兼容性 而且可具有上述一种或多种优异特性 因此 必将不断扩大和完善复合材料的应用领域 二 混杂纤维增强复合材料的特性 特殊的热膨胀性能诸如石墨 芳纶等高级增强纤维 沿纤维轴向具有负的热膨胀系数 用这些纤维和具有正的热膨胀系数的纤维混杂可以获得预定的热膨胀系数 甚至零膨胀系数的复合材料 这在实际应用中具有特殊的意义 如前者的热膨胀系数相同的材料构成结构件时 可以避免热应力的不利影响 后者可在计董仪番及通优卫星等领域发挥重要作用 由于混杂复合材料具有异种材科性能的兼容性 而且可具有上述一种或数种优异特性 三 混杂纤维增强复合材料的应用 1 质量问题 对于航空 航天产品的结构设计首先要考虑的就是质量问题 即材料在满足高性能要求的前提下 其质量越轻越好 其性能越好 且能耗低 而混杂复合材料具有高的比强度 比模量 因而是航天 航空工业的理想材料 2 温度要求 飞行器对材料的温度要求 一是耐高温 二是热稳定性 在较高的温度变化速率条件下 要求在工作温度范围内 材料具有良好的热稳定性 因此 需要选择热膨胀系数近似为零的复合材料 知识点一 混杂复合材料在航空 航天工业中的应用 3 强度和模量 航空 航天产品在力学性能方面的要求也是非常严格的 除了要求较高的抗拉强度和模量外 同时还应具备较高的压缩强度 弯曲强度 剪切强度以及良好的冲击特性 混杂复合材料用于飞机结构具有如下特点 疲劳性能好 混杂复合材料构件 如族翼 的疲劳寿命大大然性的脆断事故 抗腐蚀 耐冲击 并且能够减少飞机飞行时的振动 大幅度减少维修的工作量 降低质量与成本 船舶工业一直是复合材料应用最多的领域之一 早在40年代 国外就开始用聚酯玻璃钢造船 目前在小型 低速船艇 包括渔船 游艇 内河气垫船 救生艇等 中 玻璃钢的使用十分普遍 但现代船舶朝大型化 高速化方向发展 除了要求结构材料具有一定的强度 刚度外 还应该同时具备优良的抗冲击韧性 减振性 抗压能力以及质量轻以节省能耗等特点 混杂复合材料优良的综合性能和设计自由度 被认为是现代船艇最有希望的材料 其中尤以CF GF混杂 CFKF混杂复合材料在高速加感 包括赛艇 和大型豪华游艇等方面取得较快的进展 知识点二 混杂复合材料在船舶工业中的应用 复合材料 包括混杂复合材料 在汽车工业中的应用非常广泛 包括汽车的车身 驱动轴 弹簧 引擎 保险杠 操纵杆 方向盘 客舱隔板 底盘 结构梁 发动机罩 散热器罩 车门等上百个部件 其用量也在迅速增长 以美国为例 用在汽车上的复合材料1983年为6万t 1984年为7 9万t 1989年增至29 2万t 其主要原因有两个方面 知识点三 混杂复合材料在汽车工业中的应用 一是材料的综合性能好 尤其是混杂复合材料 具有较高的比强度和比刚度 良好的耐腐蚀性与耐候性 尺寸稳定性与整体结构化以及耐磨 减振 隔音等多项特点 非常适合在汽车上使用 二是应用效果良好 大大地减轻了整车质量 从而使汽车在节约能源 提高速度 降低成本等方面取得了显著地经济效益 其应用实例有 驱动轴 弹簧 车身壳体 引擎等 混杂复合材料作为建筑结构材料 有一个显著的特点是其预成型性和大型轻量化 即可工厂按设计要求 大批量的生产各种预制构件 运输到现场进行装配和施工 非常适合现代建筑技术的发展和要求 知识点四 混杂复合材料在建筑设施中的应用 对于体育用品与器材的要求 既要较高的刚度 又要良好的抗冲击韧性 既要求高的静态强度 还要良好的动态性能 正是这些要求使得混杂复合材料有良好的前景 其应用有 自行车车架 标