济南大学复合材料原理第8章.ppt

* 除氢氧化铝外，凡在受热时可产生大量的水和二氧化碳气体的无机填料都具有一定的阻燃作用，例如，氢氧化镁、碱性碳酸镁(3MgCO3·Mg(OH)2·3H2O)、碱式碳酸钠铝(Na2O·A12O3·2CO2·2H20)和硼酸锌(2ZnO·2B203·3·5H2O)等。 当然，并不是所有可产生不燃性气体的填料都有良好的阻燃效果，只有满足以下条件的才能成为有效的阻燃剂:产生不燃性气体的温度略低于聚合物热分解温度；在复合塑料的混炼、成型温度下不产生不燃性气体。 * 8．4 光学性能 金属和陶瓷基复合材料都不透光，唯独聚合物基复合材料可制成透光性复合材料。由于透明玻璃钢具有轻质、高强、透入光柔和和具有透过紫外线的能力，目前已少量用于农用温室、养殖场和工厂采光等场合。 玻璃钢属于光学上非均一物体，当可见光通过玻璃钢时便产生散射现象。由于玻璃纤维的直径(6～10um)要比可见光的波长(0.4-0.76um)大好几倍，且相邻两根纤维之间的距离一般都不超过纤维直径的2倍，因此，需要用多次散射理论来描述光通过玻璃钢介质时的现象。 * 根据多次散射理论，一束平行光经过厚度为h的散射层后，其透过部分T(透光率)可用 其中 式中 P——吸收系数； S——反射系数。 * 对于玻璃钢，可取： 式中 nf——玻璃纤维的折射指数； nm——粘结剂的折射指数； Kf——玻璃纤维的吸收系数； Km——粘结剂的吸收系数； Vf——玻璃纤维的体积含量； d——玻璃纤维的直径。 * 8．5 耐化学性 在复合材料中，玻璃钢作为非金属耐腐蚀材料目前已在国内外得到广泛的应用。这是由于玻璃钢与金属耐腐蚀材料相比具有以下的优点：对大多数酸、碱、盐等化学介质稳定，轻质高强，成型工艺简单，使用安全可靠和维修方便。一般说来，采用合理设计所制得的玻璃钢耐腐蚀制品，在100℃以下的介质侵蚀下，其使用寿命可达5年以上。但是，如果设计不合理或选材不恰当，所制得的耐腐蚀玻璃钢制品，在介质的侵蚀下也可能在短期内损坏报废。 耐腐蚀玻璃钢制品的材料设计主要应考虑以下两个问题：材料是否经得起介质的长期侵蚀?材料在受力情况下是否渗漏? * 8．5．1 玻璃钢的耐蚀性 玻璃纤维由于其巨大的比表面，易受到水、酸和碱的侵蚀，它相对于聚合物基体是较不耐腐蚀的，因此，在耐腐蚀玻璃钢的材料设计中应选择耐蚀性良好的树脂作基体材料，使其不易被介质所侵蚀，并提高其体积含量使其足以保护玻璃纤维不为腐蚀介质所接触。 玻璃钢的耐蚀性不仅与所选用的聚合物基体和玻纤本身的耐蚀性有关，而且在很大程度上与玻纤-聚合物基体间的界面粘接状况有关。在一些特殊应用场合，例如，透明玻璃钢在农业温室上的应用，由于透光率对界面依赖的敏感性，玻纤与基体间界面粘接状况更是影响透明玻璃钢使用寿命的主要因素。 * 复合材料物理和化学性能的复合规律 1、理解密度、热性能； 2、了解燃烧特性、光学性能 、耐化学性。 * 复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率，才能应用复合规则来估算复合材料的密度。 8.1 密度 ρc——复合材料的密度； ρm——基体的密度； ρf——增强体的密度； Vf——增强体的体积分数。 复合材料的最基本物性 (8.1) * 如果以基体在复合材料中的质量分数Wm为已知数： 如何推导Vf？ * 对于聚合物基复合材料，由于ρm对大多数聚合物来说差别不大，当填料一定时，复合材料的密度主要取决于填料的含量。 (8.1) * 8.2 热性能 热性能 热基础物性 耐热性 热膨胀系数 导热系数 比热 热功能复合材料的最重要性质 与力学性能并列为结构复合材料最重要的特性 * α ——热膨胀系数； Vf——增强体的容积分数； 角标c、m、f分别代表复合材料、基体和增强体。 8.2.1 热基础物性 基本上可按复合规则加以估算： 一般无机填料的热膨胀系数较聚合物的要小得多，所以，填充无机填料的复合塑料其热膨胀系数要较纯聚合物的小，其数值接近于金属的热膨胀系数。 * 聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数(×10-5) 聚合物 热膨胀系数 （1/℃） 填料 热膨胀系数 （1/℃） 复合材料 热膨胀系数 （1/℃） PP 10-11 玻璃纤维E 0.5 PP(含30％GF，质量比) 3.2 PVC(硬质) 7-8 碳纤维（PAN系） （0.3-0.5） PC（含30％GF，质量比） 2.7 PC 7 滑石粉 0.8 尼龙66（含30％GF，质量比） 2.2 尼龙－6 8 CaCO3 1 AS（含30％GF，