聚合物基复合材料的结构和性能.ppt

聚合物基复合材料的结构和性能 1 聚合物基复合材料的结构聚合物复合材料的结构随增强体类型不同而不同 增强体类型 颗粒状 片状和纤维状纤维增强树脂基复合材料的结构 C纤维 PEEK热塑性复合材料的结构 扫描电镜断口形貌图 PEEK 聚醚醚酮 碳纤维 环氧树脂复合材料拉伸断口 纤维密集区 环氧树脂密集区 碳纤维 环氧树脂复合拉伸材料断口 碳纤维 环氧树脂复合拉伸材料断口 A B Fig7碳纤维 聚碳酸酯复合材料冲击断口 裂纹按波纹扩展 形成 河流 花样的撕裂扩展区 Fig6碳纤维 聚碳酸酯拉伸断口与树脂粘接良好 碳纤维 MC PPS复合材料剪切断口 高模量增强纤维 PPS 高强度纤维 PPS 中强度纤维 PPS 碳纤维 聚苯硫醚 双炔基聚醚砜混杂复合材料的剪切断口 2 聚合物基复合材料的性能 聚合物基复合材料制品的成型预浸料铺层固化成型 1 预浸料的性能主要物理性能和参数为 树脂含量 挥发分含量 黏性 树脂流动 凝胶时间 树脂含量 预浸料中树脂 固化剂 和各种改进剂的质量在预浸料中所占的百分比测定方法 萃取法 溶解法和灼烧法 挥发分含量 树脂中的低分子物和湿法预浸时未除去的溶剂测试方法 依据加热前后试样的重量损失在预浸料中的百分含量 黏性衡量预浸料储存期的主要依据指标评定黏性的方法 在规定的条件下 考察粘贴在钢板上的两片预浸料叠层彼此剥离的难易程度 树脂流动度用来表征复合材料成型时的树脂流动能力 流动度直接影响复合材料的层间剪切强度测试方法 以两片一定大小的预浸布或由预浸带拼成相同大小的试片 按 0 90 叠合 保持一定温度和压力 测定树脂完全凝胶时的树脂流出量 用质量百分比表示 凝胶时间树脂从开始反应到固化反应结束所需要的时间 评价热固性树脂组成特性和进行精确的质量控制的重要参数测试方法 将一定大小的预浸料试样放入已预热到试验温度的两片玻璃之间 通过玻璃片对试样施加压力 用探针测流到玻璃边缘的树脂 记录从开始加热至树脂不在成丝的时间 碳纤维 T300 增强国产双马来酰亚胺预浸料性能 2 层合板的性能 层合板将预浸料按相同方向铺叠固化后得到复合材料单向板 按设定方向铺叠即得到层合板 层合板的性能 可通过单向板的性能及其铺叠方向和位置来预测 层合板的物理性能单向层合板和层合板的物理性能 由纤维体积的含量 树脂体积含量 密度 空隙率 玻璃化转变温度 吸水性 热膨胀系数 湿膨胀系数 纤维体积含量的测量 用测量垂直于纤维轴向的面积百分数来代替 层合板的力学性能单向板有5个弹性常数 纵向弹性模量 横向弹性模量 纵向剪切模量 纵向泊松比 横向泊松比 独立变量有四个 单向板有5个强度参数 纵向拉伸强度 纵向压缩强度 横向拉伸强度 横向压缩强度 纵横剪切强度 复合材料工程常数 影响层合板的力学性能的因素 单向板的力学性能 铺层角度 铺层比例及铺层的顺序 具体示例见教材196页表12 5 常用的铺层角度 0 90 45 以这样铺层角度对称叠合的层合板有称为 4层合板 单向及准各向同性板的铺层结构 复合材料耐湿热环境和老化性能的表征 层合板湿热 老化力学性能层合板的韧性性能表征方法 开孔 试样 拉伸强度 开孔压缩强度 冲击压缩强度耐化学性能 耐酸 碱 盐及有机溶剂 燃油等化学性能 的表征 弯曲强度保留率在强酸 强碱介质浸泡下 层合板弯曲强度下降明显介质对层合板的影响顺序为 H2SO4 HCL NH4OH HNO3 NaOH 王水层合板对盐类 苯 甲醇 乙醇 丙酮 各种燃油 润滑剂 液压油 防水液有很好的耐腐蚀性能 冲击实验中的典型加载历程 湿热综合作用聚合物基体通过扩散方式吸收湿气 使得对纤维的支撑削弱 从而导致复合材料的力学性能降低 同时传递剪切载荷的能力降低 应力腐蚀水分或水蒸汽侵蚀复合材料界面 使得湿气在界面位置上积聚 产生很高的渗透压导致纤维与周围的树脂开裂改善聚合物基复合材料应力腐蚀的方法有 阻止水分到达纤维 基体之间的界面 如避免切割时纤维暴露于制品表面 在制造过程中 减少和防止复合材料产生内部缺陷 紫外线辐射紫外线的照射 使得基体材料降解 从而层合板的强度逐渐降低 层合板的电性能 断裂性能与纤维 基体 界面的物理性能密切相关 单向板纵向拉伸的三种破坏模式 基体断裂 界面脱粘 纤维断裂 单向板横向拉伸的三种破坏模式 基体破坏 界面脱粘 纤维破坏 层合板的燃烧性能层合板的燃烧性能与复合材料体系有关 层合板耐化学介质性