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文档简介
1、聚合物基复合材料玻璃化纤维增强聚合物复合材料4.1 概述 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。 聚合物基体材料强度低,粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。 纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。4.2复合材料复合材料特点特点4.3聚合物基发展史两千多年前,我国就用麻丝和大漆制成了漆器两千多年前,我国就用麻丝和大漆制成了漆器。 18391839年美国人年美国人Charles GoodyearCharles Goodyear发明了橡胶硫化
2、法,而硫化发明了橡胶硫化法,而硫化橡胶本身是由橡胶、填料、硫化剂等其他助剂组成的复合材料橡胶本身是由橡胶、填料、硫化剂等其他助剂组成的复合材料热固性塑料工业的发展和复合材料工业的发展是相辅相成的。热固性塑料工业的发展和复合材料工业的发展是相辅相成的。热塑性塑料复合材料的发展要滞后一些。最早的应用是在热塑性塑料复合材料的发展要滞后一些。最早的应用是在PVCPVC的生产中加入了碳酸钙,目的是降低成本。的生产中加入了碳酸钙,目的是降低成本。 4.4.4 4 聚合物基体聚合物基体玻璃纤维增强型玻璃纤维增强型分类分类复复合合材材料料增强纤维种类增强纤维种类碳纤维增强型碳纤维增强型芳纶纤维增强型芳纶纤维增
3、强型基体材料性能基体材料性能通用型通用型耐化学介质腐蚀型耐化学介质腐蚀型耐高温型耐高温型复合材料成型复合材料成型固化方式固化方式常温常压固化成型常温常压固化成型高温加压固化成型高温加压固化成型阻燃型阻燃型聚合物基体的聚合物基体的结构形式结构形式热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料4.5纤维增强聚合物复合材料在现代复合材料的发展历史中,纤维增强材料是最大的功臣,也可以说是现代复合材料的支柱。最早使用的复合材料就是玻璃纤维增强塑料,至今在高技术新材料领域纤维增强复合材料仍然在发挥重要的作用。主要有玻璃纤维玻璃纤维、芳纶纤维(kevlar纤维)、尼龙纤维、
4、聚乙烯纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及金属纤维(如钨、钼、不锈钢丝等)。4.6 玻璃纤维增强热塑性塑料 玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类,经熔融后以极快的速度抽丝而成。 性能特点:不燃、耐高温、电绝缘、热膨胀系数小、化学稳定性好。 可用来制作绝缘材料,纤维内窥镜、光导纤维,还可以做复合材料的增强材料。4.6.14.6.1玻璃纤维的结构玻璃纤维的结构4.6.24.6.2玻璃纤维的性能特点玻璃纤维的性能特点4.7.1 玻璃纤维增强聚丙烯 玻璃纤维增强聚丙烯(代号FRPP) 特点是机械强度大大提高,当短切玻璃纤维增加到3040时,其强度达到顶峰,抗拉强度达到100MPa。 吸
5、水率很小,是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在高温、高浓度的强酸、强碱中会使机械强度下降。在有机化合物的浸泡下会降低机械强度,并有增重现象。 4.7.2 玻璃纤维聚酰胺 聚酰胺是一种热塑性工程塑料,本身的强度就比一般通用塑料的强度高,耐磨性好,但因吸水率太大,影响了尺寸稳定性,耐热性也较低。用玻璃纤维增强的聚酰氨,这些性能就会大大改善。 玻璃纤维增强聚酰胺(代号FRPA)的品种很多。有玻璃纤维增强尼龙6(FRPA6)、玻璃纤维增强尼龙66(FRPA66)、玻璃纤维增强尼龙1010(FRPA1010)等。4.7.3 玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料 聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品,多为橡胶改性树脂,例如
6、:丁二烯苯乙烯共聚物(BS)、丙烯腈苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)等。 这些共聚物大大改善了纯聚苯乙烯的性能,使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。 这些聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后,其机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高。4.7.4 玻璃纤维增强聚碳酸酯 玻璃纤维增强聚碳酸酯聚(代号PC) 碳酸酯是一种透明度较高的工程塑料,它的刚韧相兼的特性是其他塑料无法相比的,唯一不足之处是易产生应力开裂、耐疲劳性差。 加入玻璃纤维以后,P比P的耐疲劳强度提高23倍,耐应力开裂性能可提高68倍,耐热性比P提高1020 ,线
7、膨胀系数缩小为1.62.410 ,因而可制成耐热的机械零件。 4.7.5 玻璃纤维增强聚酯 聚酯作为基体材料主要有两种,一种是聚苯二甲酸乙二酯(代号PET),另一种为聚苯二甲酸丁二酯(代号PBT)。 未增强的纯聚酯结晶性高,成型时收缩率大,尺寸稳定性差、耐温性差、质脆、电绝缘性好,高温下耐老化性好,胜过玻璃钢,尤其是耐光老化性能好,所以使用寿命长。 不足之处是在高温下易水解,使机械强度下降。不适于在高温水蒸气下使用。 4.7.6 玻璃纤维增强聚甲醛 玻璃纤维增强聚甲醛(代号PO) 聚甲醛是一种性能较好的工程塑料,加入玻璃纤维后,不但起到增强的作用,而且耐疲劳性和耐蠕变性有很大提高。高温下仍具有
8、良好的耐蠕变性,同时耐老化性也很好。但不耐紫外线照射,因此在塑料中要加入紫外线吸收剂。 不足之处是加入玻璃纤维后其摩接系数和磨耗量大大提高了,即耐磨性降低了。为了改善其耐磨牡,可用聚四氟乙烯粉末做为填料加入聚甲醛中,或加入碳纤维来改性。 4.7.7 破璃纤维增强热固性塑料 破璃纤维增强热固性塑料(代号GFRP) 是指玻璃纤维(包括长纤维、布、带、毡等)做为增强材料,热固性塑料(包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)做为基体的纤维增强塑料。俗称玻璃钢。 GFRP的特点: 优点:比重小、比强度高,比金属铝轻而比强度比高级合金钢还高。“玻璃钢”这个名称便由此而来,具有良好的耐腐蚀性,在酸、碱、有
9、机溶剂、海水中均很稳定,良好的电绝缘材料。 缺点:刚性差。会因日光照射空气中的氧化作用、有机溶剂的作用产生老化现象,比塑料要缓慢。4.8 玻璃纤维增强塑料的应用玻璃纤维增强塑料的应用 4.8.1 玻璃纤维增强塑料(GFRP)的应用 主要是代替钢筋、树木、水泥、砖等。并己占有相当的地位。(1)GFRP在建筑业中的应用 用GFRP可制造各种船舶,如赛艇、警艇、游艇、碰碰船、交通艇、救生艇、帆船、鱼轮、扫雷艇等。 (3)GFRP在造船业中的应用 GFRP在铁路上主要是用在造车生产中。如内燃机车的驾驶室、车门、车窗、座椅、车上的整体厕所等。(4)GFRP在铁路运输上的应用 耐腐蚀性的容器、管道、泵、阀
10、门等设备,GFRP烟囱(6)GFRP在冶金工业中的应用 飞机上的雷达罩,机身、机翼、螺旋桨、起落架、尾舵、门、窗等。GFEP在导弹和火箭上的应用也很多。(7)GFRP在宇航工业中的应用 4.8.2 玻璃纤维增强热塑性塑料(FRTP)的应用 1.玻璃纤维增强聚丙烯(代号FRPF) 主要应用于汽车、电风扇、洗衣机零部件,电话机齿轮、农用喷雾器筒身、气室等。3玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料 该类塑料主要用于制造汽车内部的零部件、家用电器的零部件、照相机、放映机、电视机、空调等。2.玻璃纤维聚欧肢(代号P、ItIIA) 制造原为有色金属的轴承舶承架、仍轮、精密机器零件、电器零件、汽车零件等c在船舶制造。4玻璃纤维增强聚碳酸酯(代号FRPC) 玻璃纤维增强聚碳酸酯主要应用于机械工业和电器工业方面,近年来在航空工业方面也有所发展。 谢谢谢谢观赏观赏人有了知识
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