基礎(chǔ)知識(shí)
材料方面
一、復(fù)合材料(Composite Material)的定義
由兩種或兩種以上不同材質(zhì)所制成的材料叫做復(fù)合材料。
纖維強(qiáng)化復(fù)合材料(fiber reinforced)
分散相
(補(bǔ)強(qiáng)材) 粒子強(qiáng)化復(fù)合材料(particle reinforced)
復(fù)合材料
FRP(Plastic)
有機(jī)類
ERTP(Thermoplastic)
相連續(xù)
(基材) FRR(Rubber)
無機(jī)類 FRM(Metal)
FRC(Ceramic)
纖維(Fiber)
補(bǔ)強(qiáng)材:提供復(fù)材絕大部分的強(qiáng)度(strength)及強(qiáng)性模數(shù)(Modulus)即復(fù)材的機(jī)械性能主要取決于所使用的纖維。
基材( matrix)
基材的功能
傳送或分散應(yīng)力至每根纖維上
固定纖維所需的排列方向
(1) 保護(hù)纖維免受摩擦或外界的侵蝕破壞
(2) 結(jié)合各纖維免受應(yīng)力的破壞或變形
2、 分類:
可分為熱固性樹脂(Thermosetting)和熱塑性樹脂(Thermoplastic)兩大類。
熱固性樹脂主要包括不飽和聚酯(UP)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)及聚亞酰胺樹脂(Polyimide 、BMI)
熱塑性樹脂主要包括:PE、Polysnfone等高性能工程塑膠。
碳纖維的特性與功能
(一) 碳纖維和其它補(bǔ)強(qiáng)材的機(jī)械性能比較
復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)材料有玻纖、碳纖、硼纖、碳化矽、鋁、芳香族的等各種相位,在選用補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí),首先是根據(jù)抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性系數(shù)加以決定,對(duì)航空、航天等機(jī)具,重量對(duì)其性能影響極大,也就是輕強(qiáng)度特性極為重要,強(qiáng)度和彈性系數(shù)分別除以比重的比強(qiáng)度和比彈性大者,是航太工業(yè)所追求的材料,玻纖的彈性系數(shù)為70-80Gpa,東洋紡織公司所開發(fā)的可達(dá),硼、碳化矽、氧化鋁等無機(jī)纖維的彈性系數(shù)為200-400,碳纖維為不等。
(二) 不同類碳纖維的性能比較
碳纖維是由六個(gè)具有SP2軌道的碳原子構(gòu)成平面則會(huì)形成和石墨類似的結(jié)晶構(gòu)造,結(jié)晶若沿著纖維軸理論強(qiáng)度為180Gpa,理論彈性系數(shù)為1020Gpa,目前碳纖實(shí)測(cè)強(qiáng)度以結(jié)晶(whiskwer)的21 Gpa最高,彈性系數(shù)則以UCC公司Pitch類碳纖維試驗(yàn)品的965Gpa最高。
碳纖維化復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
(1) 強(qiáng)度和彈性系數(shù)高、比重小
(2) 疲勞強(qiáng)度高
(3) 比金屬的震動(dòng)衰減性好
(4) 潛變小
(5) 耐摩耗性佳,摩擦系數(shù)小
(6) 熱的扭安定性良好
(7) 極低溫度下的熱傳導(dǎo)性小
(8) 耐腐蝕及耐化學(xué)性優(yōu)異
(9) 具有導(dǎo)電性但為非磁性體
(10) X光射線的透過性大
(11) 具有電波的遮蔽性
缺點(diǎn):
(1) 破壞伸度小,有剪斷或鉆孔時(shí),靜力強(qiáng)度就會(huì)大幅度下降,而且耐沖擊強(qiáng)度低;
(2) 和纖維方向相比,非纖維方向及層間的物性低落,在最后破壞前和纖維方向成90度的橫方向會(huì)龜裂,受沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生層間剝離,因此受沖擊后殘存強(qiáng)度低落;
(3) 在吸濕情況下,高溫時(shí)的物性低落。
纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中纖維作用 :
? 承受主要負(fù)載
? 限制微裂紋延伸
? 提高強(qiáng)度與剛性
? 改善抗疲勞性、抗?jié)撟冃?br />
? 提高材料使用壽命與可靠性
纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中基材作用 :
? 傳送應(yīng)力 , 分散應(yīng)力
? 固定纖維方向
? 決定復(fù)材的電氣特性、化學(xué)性質(zhì)
? 決定復(fù)材最高使用溫度