第12章聚合物基复合材料讲解.ppt

第四篇 复合材料各论 第十二章 聚合物基复合材料 (1)化学介质对FPR的腐蚀作用 ①与玻璃纤维的作用 酸、碱和水都是通过破坏SiO2网络而腐蚀玻璃的。玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱纤维更甚；耐酸性则以有碱纤维为好。 ②与树脂基体的作用 主要有物理作用和化学作用。 物理作用是指化学介质使树脂发生溶胀，从而产生增塑作用，导致强度和弹性模量下降。 化学作用是指在一定条件下，酸碱盐和有机溶剂等与树脂大分子发生化学反应而导致FRP的性能变坏。反应包括水解、降解和氧化等。一般，树脂分子中活性官随团愈多，化学稳定性愈差。 (2)实验结果 表19列出了各种FRP在不同介质中弯曲强度的变化。 表20给出了各种FRP在不同介质中的耐腐蚀情况。 FRP的耐腐蚀性主要依赖于原材料类型，当然也与介质类型有关。 表19 各种FRP在不同介质中弯曲强度的变化 续表 5玻璃纤维的构成与FRP的机械性能 表6 增强材料及成型方法和强度的关系 50 48 41 38 50 23 51 46 纤维含量（%） 35.0～120.0 17.5～70.0 10.5～28.0 0.84 0～0.07 成型压力（MPa） 1.63 1.61 1.53 1.50 1.67 1.52 1.64 1.63 密度（g/cm） 玻璃毡(600g／m2) 玻璃毡(600g／m2) 玻璃毡(600g／m2) 玻璃毡(600g／m2) 玻璃布(340g／m2) 玻璃毡(600g／m2) 无捻粗纱布(900g／m2） 玻璃布(340g／m2) 增强材料 模压成型 热压釜成型 加压袋成型 真空袋成型 手糊成型 成型方法 性能 168 162 159 157 148 118 119 132 压缩强度（MPa） 10.0 9.7 9.0 8.7 13.8 5.7 12.7 13.8 弯曲模量（MPa） 9.0 8.7 8.5 8.1 10.8 6.5 17.1 17.2 压缩模量（GPa） 227 218 204 190 247 143 190 217 弯曲强度（MPa） 9.0 8.6 8.5 6.7 27.7 6.4 14.4 13.6 拉伸模量（GPa） 156 150 136 130 169 81 231 168 拉伸强度（MPa） 模压成型 热压釜成型 加压袋成型 真空袋成型 手糊成型 成型方法 性能 续表6 增强材料及成型方法和强度的关系 1 FRP的机械性能 1.1 FRP机械性能的特点 (1)比强度高 FRP的密度在1.4g/cm3～2.2g/cm3之间，约为钢的1/4～1/5。 强度与一般碳素钢相近。所以FRP的比强度很高。 (2)各向异性 FRP的机械性能呈现明显的方向依赖性，是一种各向异性材料。 (3)弹性模量和层间剪切强度低 玻璃纤维增强塑料的弹性模量较低，作为结构件使用时，常感到刚度不足。 例如，含玻璃纤维30％的单向FRP板，其弹性模量为5×104MPa，为钢的1／4、铝的7／10。双向FRP板，主应力方向弹性模量为钢的1／14，铝的1／5。金属的的剪切弹性模量为其拉压弹性模量的40％．而双向FRP的仅为拉压弹性模量的20％，单向FRP的则不到10％。FRP的层间剪切强度亦很低，一般不到其拉伸强度的10％。 (4)性能分散性大 FRP的性能受一系列因素的影响，其性能是不稳定的。 例如3号钢屈服强度极限的离散系数为3.0％，而手糊平衡型双向FRP的强度离散系数有时可达15％。 1.2 FRP的静态特性 FRP的基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 (1)拉伸特性 单向增强FRP而言，沿纤维方向的拉伸强度 及弹性模量 均随纤维体积含量 的增大而正比例增加。 表7给出了E-42环氧FRP拉伸性能的方向性。 表7 E-42环氧FRP拉伸性能 注:原材料:无碱100平纹布9层,E-42环氧树脂。 试验温度：15℃～22℃，144根试件。 (2)压缩特性 FRP的压缩特性的理论分析及实验结果与拉伸特征的情形类似。 在应力很小、纤维末压弯，压缩弹性模量与拉伸弹性模量接近。 例如:玻璃布增强FRP的压缩弹性模量大体是单向FRP的压缩弹性横量 的0.50～0.55倍；纤维毡增强FRP时压缩弹性模量则大致为 的0.4倍。尽管单向FRP的压缩强度也有随着纤维含量增加而提高的趋势，但并非成比例增长，表8显示了E-42环氧FRP压缩性能的方向性。 4 5 6 4 4 试件数（根） 17.5 12.9 10.8 13.6 19.5 压缩模量（GPa） 218.7 167 134.1 159 256 压缩强