[材料科学]复合材料测试技术课程小结.ppt

复合材料测试技术 一、增强纤维性能测试 高性能纤维的定义及特点 定义：强度17.6cN/dtex，模量440cN/dtex 特点： 高强高模 耐热（热分解温度高） 密度低 阻燃 服用纤维强度 3－5cN/dtex， 工业用纤维强度7－8cN/dtex 3 高性能纤维的性能比较 纤维种类 商品名 强度 GPa 伸长 % 模量 GPa 密度 g/cm3 熔点 ℃ 对位芳纶 Kevlar 2.8 2.4 132 1.44 560(d) 间位芳纶 Metamax 0.5~0.8 35~50 6.7~9.8 1.38 430(d) 芳香族聚酯纤维 Ekonol 4.1 3.1 134 1.40 380 Vectra 2.8 3.7 69 1.40 270 芳杂环类纤维 PBZT 4.2 1.4 250 1.58 600(d) PBO 5.5 2.5 280 1.59 650(d) 高强聚乙烯纤维 Dyneema 3.4 2.0 160 0.98 140 Spectra 3.5 2.5 156 0.97 140 碳纤维 Pyrofil 1.9~3.5 0.4~1.2 300~500 1.80 Torayca 3~7 1.5~2.4 200~300 1.80 钢纤维 2.8 200 7.8 1600 玻璃纤维 2.0-3.5 70-90 2.5 825 4 芳香族聚酰胺纤维 1962 Nomex ( 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维 ) 1966 Kevlar ( 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 ) 取代 聚酰胺大分子链变得坚韧、熔点上升、吸湿性降低 1960’s H. Mark发现在PA66结构中用芳环取代脂肪环有性能的差异！ 5 聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA)纤维 单体和合成 合成方法 界面缩聚 低温溶液缩聚 固相缩聚 6 聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA)纤维 7 生产单位及商品名 美国杜邦 荷兰阿克苏 日本帝人 俄罗斯 Kevlar 29 Kevlar 129 Kevlar 149 Nomex Twaron R Twaron H Technora Armos 特性 标准 高强 高模 高强高伸 标准 高模 高强 高强高模 密度g/cm3 1.43 1.44 1.47 1.38 1.44 1.45 1.39 1.44 强度（GPa） 2.9 3.4 2.3 3.3~6.2 3.0 3.1 3.4 4.4~5.5 模量（GPa） 68 96 173 48~71 72 109 72 135~ 145 伸长率% 3.6 3.3 1.5 35~50 4.4 2.5 4.6 3.5~4 分解温度 500 500 500 500 500 500 500 550 吸湿率% 7 7 1.2 3.5 6.5 3.5 2 7 8 芳纶性能总结 （1）物理性能 ⊙密度小，为1.44g/cm3 ⊙比强度高（高于碳纤维和硼纤维） ⊙比模量虽然较高，但低于碳纤维和硼纤维； ⊙韧性好、抗冲击性好、加工性好； ⊙压缩强度不高（为拉伸强度的1/5）； ⊙剪切强度不高（为拉伸强度的1/17）； 9 ⊙热稳定、耐火、不溶、真空中长期使用温度为160℃，-60℃也不脆； ⊙ Tg =（250~400）℃； ⊙热膨胀系数低（300℃以下，为负值）； ⊙具有良好的耐化学介质性（但不耐强酸、强碱）； ⊙耐疲劳、耐磨、电气绝缘、透电磁波。 芳纶的化学性能 10 芳纶的不足 ⊙耐光性差，暴露于可见光和紫外线时会产生光致降解（即力学性能下降和褪色）。用高吸收率材料对Kevlar纤维增强聚合物基复合材料作表面涂层，可以减缓其光致降解； ⊙溶解性差； ⊙抗压强度低； ⊙吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，因此应密封保存，在制备复合材料前应增加烘干工序。 PPTA系列纤维的应用 产业用过滤布 绝缘材料 产用防护服 特殊防护衣 增强复合材料 摩擦密封材料 体育运动服 光缆 11 碳纤维 定义：化学组成中碳元素占总质量 90%以上的纤维 分类 原料 制造方法 力学性能 纤维素基 聚丙烯腈基 沥青基 碳纤维 石墨纤维 活性碳纤维 气相生长碳纤维 通用级 高性能 12 13 力学性能 密度小，较高的比强度和比模量，断裂伸长率低，弹性模量高 热性能 （1）耐高低温性能好 （2）导热性能好 （3）线性膨胀系数小