复合材料的地位及作用

发布时间:2022-01-28 01:58:56

来源:ladbrokes官网中国 作者:ladbrokes官网中文网

  * 纤维增强复合材料测试技术 于美杰 办公电线 Email:1 引言 ? 复合材料的含义 含有两种或两种以上材料成分 分为传统复合材料和 先进复合材料 含有高性能纤维的复合材料 引言 ? 复合材料的地位及作用 ? 高分子材料老化与耐温性 ? 金属材料的比重与加工性 ? 陶瓷材料的脆性 ? 轻质高强 ? 多功能性 复合材料的特性决定了其巨大的发展潜力 材料发展的必然规律----——复合!! 引言 ? 复合材料的地位及作用 国民经济领域不可缺少的关键基础材料 ? 引言 ? 复合材料的地位及作用 航天航空领域不可替代的关键战略材料 5 引言 ? 发展复合材料的意义 实例1:火箭壳体材料对射程的影响: 引言 ? 发展复合材料的意义 实例2:一架总重170吨的飞机,若减重1%,一年可节 约300~600万美元。 引言 ? 发展复合材料的意义 ? 实例3:如果全球风力发电技术和规 模水平能达到利用 10 %的风能资源, 那就足以承载全球 1/4的电力需求量。 引言 ? 先进复合材料技术: 高性能的填充物及应用技术 高性能基体材料 理想的界面特性 复合材料设计及力学特点 复合材料成型技术 复合材料失效分析、安全评价 复合材料修补和连接技术 复合材料性能表征和测试技术 本课程开设目的 ? ? ? ? 对复合材料性能的检验,是生产过程中的质量控 制手段和最终产品的质量评定依据。 取得可靠的性能数据,用作复合材料结构设计的 基本参数。 学习复合材料性能测试的相关标准及使用条件。 揭示复合材料的性能机理,用于指导复合材料的 材料设计。 本课程主要内容 ? ? ? ? ? ? ? 第一章 绪论 第二章 增强体纤维性能测试 第三章 基体树脂性能测试 第四章 复合材料力学性能测试 第五章 复合材料物理性能测试 第六章 复合材料无损检测技术 第七章 复合材料成型质量检测 主要参考资料 ? 纤维和树脂基体方面: ? ? 《纤维材料近代测试技术》 潘志娟 主编 《Physical Properties of textile fibres》W.E. Morton and J.W.S.Hearle ? 《实用塑料测试技术》杨中文编著 主要参考资料 ? 复合材料方面: ? 《Mechanical Testing of Advanced Fibre Composites》 J.M.Hodgkinson ? ? ? ? ? 《先进纤维增强复合材料性能测试》白树林、戴兰宏等译 《Carbon Fiber Composites》 Deborahd. L. Chung 《复合材料试验技术》欧阳国恩、欧国荣 主编 《纤维增强复合材料实验力学》[美]惠特尼等著 王弘生等译 《复合材料》吴人洁 主编 课程特点及学习方法 ? ? ? ? ? 各种测试方法及其原理 相关测试设备 样品制备和加工 测试标准和测试条件 数据分析及测试结果评价 第一章 绪论 ? ? ? ? ? 1. 复合材料的概念及其发展 2. 复合材料的特点 3. 复合材料的构成及分类 4. 纤维增强复合材料 5. 复合材料测试技术 1. 复合材料的概念及其发展 ? 什么是复合材料? ? 由有机高分子材料、无机非金属材料、金属材料等两 种或两种以上材料通过复合工艺制备的新型材料 复合材料是指那些含有多个组分,且不同的组分有机 地结合在一起、具有新的材料性能的新材料 ? --------- carbon fiber composites ? 复合材料是把两种以上宏观上不同的材料,合理地进 行复合而制得的一种材料,目的是通过复合来提高单 一材料所不能发挥的各种特性 ? —————---《复合材料》黄丽等编 ? 1 复合材料的概念及其发展 ? 复合两种以上的素材,揉合各素材所具有的特性,使之 具有多种特性,或者依靠复合的乘积效果,使其发挥新 的特性。 ? ? ------《复合材料入门》日 大谷衫郎 两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的 一种多相固体材料。 ? ? -----ISO (International Organization for Standardization) 国际化标准组织 1. 复合材料的概念及其发展 ? 传统复合材料: ? ? 6000年前人类就已经会用稻草加粘土(土砖)。 水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝 等的建筑。 ? 钢纤维增强混凝土(钢筋混凝土) 1. 复合材料的概念及其发展 ? 先进复合材料 ? ? ? ? ? 第一代:“玻璃钢”,玻璃纤维增强; 第二代:碳纤维增强; 第三代:有机纤维增强;(芳纶) 第四代:聚乙烯纤维增强(美国、荷兰、日本) 第五代:PBO(聚对苯撑苯并双恶唑)纤维增强 2. 复合材料的特点 ? 典型的复合材料是在一个特定的基体中 (matrix),填充有一种或多种填充体(filler) ? 既能保留原组分或材料的主要特色,并通过复合 效应获得原组分所不具备的性能; ? 可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼 此关联,从而获得新的优越性能。 2. 复合材料的特点 ? 复合材料与共混材料的区别: ? 广义:复合材料和共混材料都是由多种材料的组 合而成 ? 复合材料的特征体现: ? ? ①是两种固相物质间的组合 ②各组分间的界面存在“界面效应 ” 3. 复合材料的构成及分类 ? 基体 ? ? ? 高分子:树脂(环氧、酚醛、聚酰亚胺)、橡胶 无机:陶瓷、玻璃、水泥、碳基等 金属:铜、铝、镍、镁等 长纤维 纤维织物 短纤维 全世界的所有复合材料的生 产量中,树脂基复合材料占 90% 以上,其中 95% 是玻璃纤 维增强树脂基复合材料。 ? 增强体 ? ? ? 纤维状 粒状 片状 先进复合材料填充剂优先采用纤维状材料 3. 复合材料的构成及分类 ? ? 按使用性能分———— 结构型:命名 增强体+“/”+基体+“复合材料” ? 例:玻璃纤维/环氧树脂复合材料 ? 碳纤维/PEEK复合材料 ? 功能型:命名 功能+“复合材料” ? 例:光电复合材料 ? 仿生复合材料 3. 复合材料的构成及分类 ? ? 按增强体分———— 无机纤维复合材料(玻璃纤维、碳纤维、 陶瓷纤维、矿 物纤维等) ? 有机纤维复合材料(聚芳酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、 高强聚烯烃纤维等) ? ? 金属纤维复合材料(钨丝、不锈钢丝等) 陶瓷纤维复合材料(氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维 等) ? 其它各种天然植物纤维复合材料 高性能纤维 玄武岩纤维 陶瓷纤维 PBO纤维 玻璃纤维 PAN碳纤维 芳纶 超高分子量 聚乙烯纤维 聚苯硫醚纤维 聚酰亚胺纤维 4. 纤维增强复合材料 ? ? 长纤维、短纤维、纤维织物 纤维材料的固有特征:高度取向—高度规整性—各向异 性 ? ? 复合材料的复合效果严重依赖纤维在复合材料中的方向 复合材料应用领域的复杂性、多目的性 纤维应用的合理设计-纤维应用技术 4. 纤维增强复合材料 ? (1)单向布局 纤维按一个方向排列填充到基体材料中,制成复合材料 手段: 预浸工艺、挤拉成型 特点:材料的力学等性能对方向有极大的依赖性 4. 纤维增强复合材料 ? (2)制成二维结构: ? 各向异性纤维的多方向叠层 (二方向、 N 方向、 短纤维无序) ? 织物 —— 平织、斜纹织、缎纹织、非皱缩织 平织 斜纹织/(缎纹织) 非皱缩织 4. 纤维增强复合材料 4. 纤维增强复合材料 ? (3)三维结构:纤维卷绕法—缠绕法 螺旋式 平行式(环箍) 水平式 极卷式 4. 纤维增强复合材料 ? 以碳纤维为例: 5. 复合材料测试技术 ? ? 1. 复合材料测试技术的特点: (1)对材料基本性能的测试,普遍要求提高其准确度和精密 度; ? ? (2)对微观结构的研究几乎应用了所有近代测试仪器; (3)产品检验逐渐占有重要的地位,成为复合材料试验技术 不可分割的一部分。 ? ? (4)非均匀性、界面和各向异性决定了试验方法的复杂性。 (5)处于不断完善、不断进步的过程中; 5. 复合材料测试技术 ? ? 2. 复合材料测试标准: 为了使试验中获得可以互相沟通,相互比较的试验结果 ,以得到最佳社会效益,就必须制定标准、使用标准。 ? 测试标准的类别: ? 按使用范围分:国际标准、区域性标准、国家标准、 专业标准、军用标准、企业标准 ? 六种; 按技术成熟程度分:法定标准、推荐标准、试行标准 和标准草案 四种。 5. 复合材料测试技术 ? 测试对象: ? ? ? ? 测试性能: ? ? 纤维增强体 树脂基体 复合材料 力学性能 物理性能