聚合物复合材料(第四章结构与性能).ppt

聚合物复合材料 第四章 结构和性能 1 聚合物基复合材料的结构 2 聚合物基复合材料的性能 2 聚合物基复合材料的基本性能 与传统的均质材料相比，聚合物复合材料具有许多优异的性能： 1、设计制造方法有许多优点：投资少、上马快、设计自由度大、成型简单、制品尺寸不限、着色自由等； 2、具有优异的基本性能：比强度和比刚度高、电性能和热性能良好、耐化学腐蚀性良好、耐水性优异、耐候性和耐紫外线性良好、阻燃性和半透明、透明等特点。 2 聚合物基复合材料的基本性能 影响复合材料性能的因素： 增强材料的强度及弹性模量、基体材料的强度及化学稳定性等是决定复合材料性能的最主要因素； 原材料选定，增强材料的含量及其排布方式与方向又跃居重要地位； 此外，采用不同的成型工艺，制品性能亦有较大差异； 最后，增强纤维与基体树脂的界面粘结状况很大程度上影响复合材料的性能。 基体材料力学性能对复合材料力学性能的影响。 纵向拉伸强度 弱 纵向压缩强度 强 横向拉伸强度 强 横向压缩强度 弱 边缘剪切强度 强 层间剪切强度 很强 弯曲强度 弱、强 2 聚合物基复合材料的基本性能 涤纶纤维增强聚丙烯复合材料 某一组元a具有一系列性能A，B，C……，与另一组元b复合后，能使a的多数性能B，C……受到较大抑制，唯独使其性能A能充分地体现在复合材料中。 例如，有关领域要求导电而不导热的材料，就是通过选择组元和复合状态，在保留导体组元导电性的同时，抑制其导热性而获得的特殊功能材料。 共振效应在阻尼减振和电磁波吸收复合材料的研究和设计中获得利用。 8.系统效应：这是一种材料的复杂效应，至目前为止，这一效应的机理尚不清楚，但在实际现象中存在着这种效应。 比如红、黄、蓝三色组成的彩色世界 比如涂膜的硬度大于基体和膜层硬度之和 复合材料断裂行为 复合材料冲击断裂形貌 单向板冲击性能 破坏区域 缺口 短纤维增强热塑性塑料的断裂示意图 单向板冲击性能 纤维增强复合材料的破坏过程包括：①基体变形和开裂；②纤维破坏；③纤维拔出；④界面脱粘；⑤分层裂纹等。 缺口 复合效应：对于由A、B两种原材料复合而成的材料C，其性能既包含A、B两种原材料所固有的性能，又具有A、B两种原材料所不具备的新性能。 源于耦合：原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互补充的结果。 复合效应表现为复合材料的性能在其组分材料基础上的线性和非线性的综合。 复合材料的复合效应 系统效应 相抵效应 共振效应 相补效应 诱导效应 平行效应 相乘效应 平均效应 非线性效应 线性效应 复合效应 不同复合效应的类别 复合材料的性质与增强组元（功能组元）的含量有线性关系 符合混合规则 正效应 负效应 突变 复合材料的复合效应 1.平均效应：复合材料的某项性能等于各组分的该项性能乘以该组分体积分数之加和。 表示为：Pc=PmVm+PfVf，式中P为材料性能，V为材料体积含量，角标c、m、f分别表示复合材料、基体和增强体。 如复合材料的弹性模量，若用混合率来表示，则为：Ec=EmVm+EfVf 线性效应 复合材料的复合效应 2.平行效应：即组成复合材料的各组分在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约也无补偿。 Kc ≌ Ki 对于增强体（如纤维）与基体界面结合很弱的复合材料所显示的复合效应，可以看作是平行效应。 3.相补效应：组成复合材料的基体与增强体，在性能上能互补，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。C = A×B 对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为增强体与基体的互补。 线性效应 复合材料的复合效应 4.相抵效应：基体与增强体组成复合材料时，若组分间能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。Kc ΣKiφi 比如脆性的纤维增强体与韧性基体组成的复合材料，当两者间界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性断裂。 比如CF/GF混杂复合材料，强度不高、韧性差。 线性效应 复合材料的复合效应 5.相乘效应：两种具有转换效应的材料复合在一起，即可发生相乘效应。 电磁效应·磁光效应=电光效应。 通常可以将一种具有两种性能相互转换的功能材料X/Y和另一种换能材料Y/Z复合起来，即： X/Y·Y/Z＝X/Z 式中，X、Y、Z分别表示各种物理性能。 有机热敏电阻：温度/体积·体积/电阻 非线性效应 复合材料的复合效应 6.诱导效应：在一定条件下，复合材料中的一组分材料可以通过诱导作用使另一组分材料的结构改变而改变整体性能或产生新的效应。