聚合物基复合材料-性能ppt课件

1、影响纤维加强塑料影响纤维加强塑料FRP)性能的要素：原资料、构造设性能的要素：原资料、构造设计方法及成型工艺。计方法及成型工艺。(1)加强资料的强度及弹性模量以及基体资料的强度及化加强资料的强度及弹性模量以及基体资料的强度及化学稳定性等是决议学稳定性等是决议FRP性能的主要要素性能的主要要素;(2)加强资料的含量及其排布方式与方向次之加强资料的含量及其排布方式与方向次之;(3)加强纤维与基体树脂的界面粘结情况加强纤维与基体树脂的界面粘结情况1、机械性能的特点、机械性能的特点1比强度高比强度高 FRP密度为密度为1.42.2g/cm3，约为钢，约为钢1/41/5，而强度与普，而强度与普通的碳素钢

2、相近。因此通的碳素钢相近。因此FRP的比强度很高。的比强度很高。2各向异性各向异性 明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布加强明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布加强纤维，以求充分发扬资料的潜力，降低资料耗费。纤维，以求充分发扬资料的潜力，降低资料耗费。3弹性模量和层间剪切强度低弹性模量和层间剪切强度低弹性模量低，刚度缺乏。准各向同性板，其弹性模量与弹性模量低，刚度缺乏。准各向同性板，其弹性模量与木材接近。木材接近。4性能分散性大性能分散性大 FRP的性能受一系列要素的影响，性能不稳定。的性能受一系列要素的影响，性能不稳定。FRP的根本静态特性包括拉伸、紧缩和弯曲强度及弹性模量。

3、的根本静态特性包括拉伸、紧缩和弯曲强度及弹性模量。(1) 拉伸特性拉伸特性 对于单向加强对于单向加强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均随纤维体积含量随纤维体积含量Vf的增大而正比例添加。对于采用短切纤维毡的增大而正比例添加。对于采用短切纤维毡和玻璃布加强的和玻璃布加强的FRP层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不与与Vf成正比添加，但仍随成正比添加，但仍随Vf添加而添加添加而添加 。 双向双向FRP其纤维方向的主弹性模量大约是单向其纤维方向的主弹性模量大约是单向FRP的的0.500.55倍；随机纤维加强倍；随机纤维加强F

4、RP近似于各向同性，其弹性模量近似于各向同性，其弹性模量大约是单向大约是单向FRP的的0.350.40倍。倍。(2) 紧缩特性紧缩特性 在应力很小、纤维未压弯的时候，紧缩弹性模量与拉伸弹在应力很小、纤维未压弯的时候，紧缩弹性模量与拉伸弹性模量接近。玻璃布加强性模量接近。玻璃布加强FRP的紧缩弹性模量大体是单向的紧缩弹性模量大体是单向FRP的的0.500.55倍；纤维毡加强倍；纤维毡加强FRP的大致是单向的大致是单向FRP的的0.4倍。倍。 单向单向FRP的紧缩强度随纤维含量添加而提高，但并非成比的紧缩强度随纤维含量添加而提高，但并非成比例增长。例增长。(3) 弯曲特性弯曲特性 FRP的弯曲强度

5、及弹性模量都随纤维含量的上升而添加。纤的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而添加。纤维制品类型不同，方向不同，那么弯曲性能亦不同。维制品类型不同，方向不同，那么弯曲性能亦不同。(4)剪切特性剪切特性 纤维含量增大，纤维含量增大，FRP的剪切弹性模量上升，的剪切弹性模量上升，FRP的剪切特性的剪切特性也呈现方向性。也呈现方向性。性能性能方向方向0153045607590剪切强度剪切强度(MPa)8583.295.099.298.190.789.5E-42环氧环氧FRP垂直板面剪切性能垂直板面剪切性能3. 疲劳特性疲劳特性 影响影响FRP疲劳特性的要素是多方面的，实验阐明，静态强疲劳特性的要素是

6、多方面的，实验阐明，静态强度高的度高的FRP，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种FRP存存在一个最正确体积含量，疲劳强度最高。实践纤维体积含量低在一个最正确体积含量，疲劳强度最高。实践纤维体积含量低于或高于最正确值，其疲劳强度都会下降。于或高于最正确值，其疲劳强度都会下降。方向性：加振方向与纤维方向的夹角由方向性：加振方向与纤维方向的夹角由0上升到上升到45，疲劳强度，疲劳强度急剧下降。急剧下降。存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降1. 电性能电性能 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和外表电阻系数，包括介电常数、介电损耗角

7、正切值、体积和外表电阻系数，击穿强度等击穿强度等 FRP的电性能普通介于纤维的电性能与树脂的电性能之间的电性能普通介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善改善纤维或树脂的电性能，有利于改善FRP的电性能的电性能 树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在及分子构造的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂及分子构造的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂的电性能。的电性能。 FRP的电性能对于纤维与树脂的界面粘结形状并不的电性能对于纤维与树脂的界面粘结形状并不敏感，但杂质尤其是水分对其影响很大。当敏感

8、，但杂质尤其是水分对其影响很大。当FRP处于潮处于潮湿环境中或在水中浸泡之后，其体积电阻、外表电阻以湿环境中或在水中浸泡之后，其体积电阻、外表电阻以及电击穿强度急速下降。及电击穿强度急速下降。1热性能热性能包括导热系数、比热容、线膨胀系数和热变形温度包括导热系数、比热容、线膨胀系数和热变形温度 在室温下，在室温下，FRP的导热系数普通在的导热系数普通在0.17W/(mK)0.33 W/(mK)范围内，金属资料的导热系数多在范围内，金属资料的导热系数多在35W/(mK) 232 W/(mK)范围之间，范围之间， FRP具有良好的隔热性能，可作隔热资料具有良好的隔热性能，可作隔热资料运用。运用。

9、热膨胀系数热膨胀系数(436)10-6 C-1与金属相近，在一定温度范围与金属相近，在一定温度范围内具有较好的热稳定性和尺寸稳定性。但热变形温度和耐热温内具有较好的热稳定性和尺寸稳定性。但热变形温度和耐热温度极限较低，耐热性不好。度极限较低，耐热性不好。 温度升高时，加强纤维与基体树脂的热膨胀系数差距较大，温度升高时，加强纤维与基体树脂的热膨胀系数差距较大，在温度升高时，易于在纤维树脂界面产生热应力，影响在温度升高时，易于在纤维树脂界面产生热应力，影响FRP的机械性能。的机械性能。(2) 耐热性耐热性 温度对于聚合物基体的影响温度对于聚合物基体的影响 纤维加强资料普通具有很好的热稳定性，但树脂

10、基体纤维加强资料普通具有很好的热稳定性，但树脂基体易受温度的影响。易受温度的影响。 热固性树脂基体已交联成体型网状大分子，只需玻璃态热固性树脂基体已交联成体型网状大分子，只需玻璃态和橡胶态。聚合物物理形状的改动将导致和橡胶态。聚合物物理形状的改动将导致FRP的机械性能的机械性能发生宏大变化。发生宏大变化。 影响热固性树脂耐热性的主要要素：大分子链刚性、固影响热固性树脂耐热性的主要要素：大分子链刚性、固化剂性质和体型树脂的固化交联密度等。化剂性质和体型树脂的固化交联密度等。 大分子链刚性提高，交联密度增大，那么树脂玻璃化大分子链刚性提高，交联密度增大，那么树脂玻璃化温度升高，热变形温度升高，但同

11、时柔韧性减小，延伸率温度升高，热变形温度升高，但同时柔韧性减小，延伸率降低，脆性添加。降低，脆性添加。 温度对温度对FRPFRP拉伸性能的影响拉伸性能的影响 温度对温度对 FRP FRP拉伸强度和弹性模量的影响具有的特征：拉伸强度和弹性模量的影响具有的特征：i) i) 普通在低温范围内，拉伸性能好，随温度上升，强度降低；普通在低温范围内，拉伸性能好，随温度上升，强度降低；ii) ii) 在低温范围内，无捻粗纱布在低温范围内，无捻粗纱布FRPFRP于湿态下拉伸强度大，而平于湿态下拉伸强度大，而平纹布纹布FRPFRP无此倾向；无此倾向；iii) iii) 在中温范围内，平纹布在中温范围内，平纹布F

12、RPFRP在在50C50C左右拉伸强度最高，而左右拉伸强度最高，而缎纹布和无捻粗纱布都随温度上升拉伸性能下降；缎纹布和无捻粗纱布都随温度上升拉伸性能下降；iv) iv) 随着纤维含量的添加，随着纤维含量的添加，FRPFRP的耐热性提高。的耐热性提高。 温度对温度对FRPFRP弯曲性能的影响弯曲性能的影响FRPFRP的弯曲强度和弯曲弹性模量均随温度升高而降低。特别是温的弯曲强度和弯曲弹性模量均随温度升高而降低。特别是温度超越度超越70C100C70C100C后，急剧降低。后，急剧降低。3FRP阻燃性及耐火性阻燃性及耐火性 阻燃性主要决议于树脂基体。阻燃性主要决议于树脂基体。 聚酯中引入卤素；添加

13、锑、磷等的化合物以及难燃的无聚酯中引入卤素；添加锑、磷等的化合物以及难燃的无机填料；机填料； 三氧化二锑与卤素并用；磷化合物与卤素并用；氢氧化三氧化二锑与卤素并用；磷化合物与卤素并用；氢氧化铝和水合氧化铝与卤素共用；铝和水合氧化铝与卤素共用； 玻璃纤维含量升高，长度增大，可抑制发烟量玻璃纤维含量升高，长度增大，可抑制发烟量 FRP在长期的运用和储存过程中，由于各种物理和化学要在长期的运用和储存过程中，由于各种物理和化学要素的作用，发生的物化性能的下降或变差的景象叫劣化或老化素的作用，发生的物化性能的下降或变差的景象叫劣化或老化1. 耐化学腐蚀性耐化学腐蚀性 FRP的耐化学腐蚀性：抵抗酸、碱、盐

14、及有机溶剂等化学的耐化学腐蚀性：抵抗酸、碱、盐及有机溶剂等化学介质腐蚀破坏的长期任务性能。介质腐蚀破坏的长期任务性能。 FRP具有优良的耐化学腐蚀性具有优良的耐化学腐蚀性化学介质对化学介质对FRP的腐蚀作用的腐蚀作用 与玻纤作用：酸、碱和水都是经过破坏与玻纤作用：酸、碱和水都是经过破坏SiO2网络而腐网络而腐蚀玻璃的。普通而言，玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱玻蚀玻璃的。普通而言，玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱玻璃纤维更甚；而耐酸性那么以有碱玻璃纤维为好。璃纤维更甚；而耐酸性那么以有碱玻璃纤维为好。 与基体作用：树脂分子中活性官能团愈多，化学稳定与基体作用：树脂分子中活性官能团愈多，化学稳定性越差，

15、多数化学反响不可逆。性越差，多数化学反响不可逆。 也破坏玻纤与基体界面的作用也破坏玻纤与基体界面的作用2. FRP的耐侯性能的耐侯性能 耐候性：耐候性：FRP在户外运用时，抵抗各种气体气候要素在户外运用时，抵抗各种气体气候要素的侵蚀破坏的才干。的侵蚀破坏的才干。(1) 温湿度：空气中的水分可以侵入树脂或纤维温湿度：空气中的水分可以侵入树脂或纤维-树脂界中，树脂界中，破坏界面粘结，降低破坏界面粘结，降低FRP的弯曲强度。的弯曲强度。(2) 光氧作用：受紫外光和氧作用，树脂发生光氧化、光光氧作用：受紫外光和氧作用，树脂发生光氧化、光降解、交联，生成氧化产物，发生分子链断裂。降解、交联，生成氧化产物

16、，发生分子链断裂。(3) 风沙作用：风沙对风沙作用：风沙对FRP产活力械磨损，导致外表光泽产活力械磨损，导致外表光泽度下降、外表层零落、纤维外露等度下降、外表层零落、纤维外露等. 老化实验：人工老化，自然老化老化实验：人工老化，自然老化 水能溶解和破坏玻纤的水能溶解和破坏玻纤的SiO2网络，同时加速玻纤外表微网络，同时加速玻纤外表微裂纹的扩展，从而降低玻纤的拉伸性能。裂纹的扩展，从而降低玻纤的拉伸性能。 水可使树脂大分子溶胀，导致树脂内聚强度降低；水对水可使树脂大分子溶胀，导致树脂内聚强度降低；水对树脂产生增塑作用，降低其弹性模量；能使酯键、醚键发生树脂产生增塑作用，降低其弹性模量；能使酯键、