机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布,复合材料弯管成品,导丝头缠绕芯模一层后的纤维分布,12,聚合物基复合材料,-2,材料的性能,主要内容,12.3,聚合物基复合材料的基本性能,12.3.1 FRP,的机械性能,12.3.2 FRP,的物理性能,12.2.3 FRP,的老化性能,Questions,纤维增强塑料（,FRP),的基本性能包括哪些？,影响纤维增强塑料（,FRP),性能的因素有那些？举例说明。,12.3,聚合物基复合材料的基本性能,影响纤维增强塑料（,FRP),性能的因素：原材料、结构设计方法及成型工艺。,(1),增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学稳定性等是决定,FRP,性能的主要因素,;,(2),增强材料的含量及其排布方式与方向次之,;,(3),增强纤维与基体树脂的界面粘结状况,构成,性能,玻璃纤维毡 四层,玻璃布,八层,无捻粗纱布,三层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,板厚,(mm),6,3,2.5,7.5,4.0,角度,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,拉伸强度,(MPa),86,84,91,171,109,175,207,77,244,109,85,104,208,93,204,拉伸模量,(GPa),8.5,9.1,9.3,16.1,10.9,16.9,19.8,11.0,19.9,10.2,8.7,10.0,16.9,10.7,16.7,弯曲强度,(MPa),137,139,142,262,206,253,403,225,407,199,104,201,295,211,274,玻璃纤维的构成与,FRP,的机械性能,构成,性能,玻璃纤维毡 四层,玻璃布,八层,无捻粗纱布,三层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,板厚,(mm),6,3,2.5,7.5,4.0,角度,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,弯曲模量,(GPa),7.7,7.7,7.7,13.7,8.5,13.4,14.7,9.6,15.7,11.8,8.6,11.3,13.7,8.7,13.1,压缩强度,(MPa),192,193,204,156,145,182,166,117,188,185,203,193,212,129,230,压缩模量,(GPa),5.7,5.7,6.7,11.2,7.2,12.3,15.7,7.6,15.1,7.4,8.3,7.3,12.7,7.1,12.3,构成,性能,玻璃纤维毡 四层,玻璃布,八层,无捻粗纱布,三层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,玻 玻 玻,璃 璃 璃,布 毡 布,二 四 二,层 层 层,板厚,(mm),6,3,2.5,7.5,4.0,角度,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,0 45 90,剪切强度,(MPa),97,96,95,107,113,108,124,136,128,99,98,99,119,129,118,拉伸泊松比,0.319,0.327,0.313,0.162,0.396,0.174,0.189,0.496,0.177,0.266,0.408,0.268,0.180,0.432,0.193,增强材料及成型方法和强度的关系,成型方法,性能,手糊成型,真空袋成型,加压袋成型,热压釜成型,模压成型,增强材料,玻璃毡,(600g/m,2,),无捻粗纱布,(900g/m,2,),玻璃布,(340g/m,2,),玻璃毡,(600g/m,2,),玻璃布,(340g/m,2,),玻璃毡,(600g/m,2,),玻璃毡,(600g/m,2,),玻璃毡,(600g/m,2,),成型压力,(MPa),00.07,0.84,10.528.0,17.570.0,35.0120.0,纤维含量,(%),23 51 46,38 50,41,48,50,密度,(g/cm,3,),1.52 1.64 1.63,1.50 1.67,1.53,1.61,1.63,拉伸强度,(MPa),81 231 168,130 169,136,150,156,拉伸模量,(GPa),6.4 14.4 13.6,6.7 27.7,8.5,8.6,9.0,弯曲强度,(MPa),143 190 217,190 247,204,218,227,弯曲模量,(GPa),5.7 12.7 13.8,8.7 13.8,9.0,9.7,10.0,压缩强度,(MPa),118 119 132,157 148,159,162,163,压缩模量,(GPa),6.5 17.1 17.2,8.1 10.8,8.5,8.7,9.0,12.3.1 FRP,的机械性能,1,、机械性能的特点,（,1,）比强度高,FRP,密度为,1.4,2.2g/cm,3,，约为钢,1/41/5,，而强度与一般的碳素钢相近。因此,FRP,的比强度很高。,（,2,）各向异性,明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布增强纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。,（,3,）弹性模量和层间剪切强度低,弹性模量低，刚度不足。准各向同性板，其弹性模量与木材接近。,（,4,）性能分散性大,FRP,的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。,FRP,的基本静态特性包括哪些性能？,影响,FRP,的拉伸特性的因素有哪些？,影响,FRP,的压缩特性的因素有哪些？,影响,FRP,的弯曲特性、剪切特性的因素有哪些？,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,对于单向增强,FRP,，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均随纤维体积含量,V,f,的增大而正比例增加。对于采用短切纤维毡和玻璃布增强的,FRP,层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不与,V,f,成正比增加，但仍随,V,f,增加而增加。,双向,FRP,其纤维方向的主弹性模量大约是单向,FRP,的,0.500.55,倍；随机纤维增强,FRP,近似于各向同性，其弹性模量大约是单向,FRP,的,0.350.40,倍。,性能,方向,0,15,30,45,60,75,90,拉伸强度,(MPa),比例极限,178,84,50,45,50,80,160,破坏强度,269,210,173,158,163,194,263,离散系数,12.6,7.9,17.3,11.3,12.8,8.3,11.9,弹性模量,(MPa),E,1,10,-4,1.67,1.33,1.11,1.0,1.00,1.25,1.52,E,2,10,-4,1.43,0.63,0.16,0.13,0.16,0.50,1.22,延伸率,(%),1.6,2.5,4.8,4.8,4.8,2.6,1.9,E-42,环氧,FRP,不同方向的拉伸性能,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,在应力很小、纤维未压弯的时候，压缩弹性模量与拉伸弹性模量接近。玻璃布增强,FRP,的压缩弹性模量大体是单向,FRP,的,0.500.55,倍；纤维毡增强,FRP,的大致是单向,FRP,的,0.4,倍。,单向,FRP,的压缩强度随纤维含量增加而提高，但并非成比例增长。,E-42,环氧,FRP,不同方向的压缩性能,注：原材料：无碱,100,平纹布,184,层，,E-42,环氧树脂。,树脂含量：,42.3%,。,性能,方向,0,22.5,45,67.5,90,压缩强度,(MPa),256,159,134.1,167,218.7,压缩模量,(GPa),19.5,13.6,10.8,12.9,17.5,试件数,(,根,),4,4,6,5,4,(3),弯曲特性,FRP,的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。纤维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。,(4),剪切特性,纤维含量增大，,FRP,的剪切弹性模量上升，,FRP,的剪切特性也呈现方向性。,性能,方向,0,15,30,45,60,75,90,剪切强度,(MPa),85,83.2,95.0,99.2,98.1,90.7,89.5,E-42,环氧,FRP,垂直板面剪切性能,影响,FRP,的,疲劳特性,的因素有哪些？,3.,疲劳特性,影响,FRP,疲劳特性的因素是多方面的，实验表明，静态强度高的,FRP,，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种,FRP,存在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。实际纤维体积含量低于或高于最佳值，其疲劳强度都会下降。,方向性：加振方向与纤维方向的夹角由,0,上升到,45,，疲劳强度急剧下降。,存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降,FRP,的物理性能包括几方面？影响,FRP,物理性能的因素有哪些？举例说明。,12.3.2 FRP,的物理性能,1.,电性能,包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数，击穿强度等,FRP,的电性能一般介于纤维的电性能与树脂的电性能之间,改善纤维或树脂的电性能，有利于改善,FRP,的电性能,树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在及分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂的电性能。,FRP,的电性能对于纤维与树脂的界面粘结状态并不敏感，但杂质尤其是水分对其影响很大。当,FRP,处于潮湿环境中或在水中浸泡之后，其体积电阻、表面电阻以及电击穿强度急速下降。,2.FRP,的温度特性,（,1,）热性能,包括导热系数、比热容、线膨胀系数和热变形温度,在室温下，,FRP,的导热系数一般在,0.17W/(mK),0.33 W/(mK),范围内，金属材料的导热系数多在35,W/(mK),232,W/(mK),范围之间，,FRP,具有良好的隔热性能，可作隔热材料使用。,热膨胀系数(436),10,-6,C,-1,与金属相近，在一定温度范围内具有较好的热稳定性和尺寸稳定性。但热变形温度和耐热温度极限较低，耐热性不好。,温度升高时，增强纤维与基体树脂的热膨胀系数差距较大，在温度升高时，易于在纤维树脂界面产生热应力，影响,FRP,的机械性能。,(2),耐热性,温度对于聚合物基体的影响,纤维增强材料一般具有很好的热稳定性，但树脂基体易受温度的影响。,热固性树脂基体已交联成体型网状大分子，只有玻璃态和橡胶态。聚合物物理状态的改变将导致,FRP,的机械性能发生巨大变化。,影响热固性树脂耐热性的主要因素：大分子链刚性、固化剂性质和体型树脂的固化交联密度等。,大分子链刚性提高，交联密度增大，则树脂玻璃化温度升高，热变形温度升高，但同时柔韧性减小，延伸率降低，脆性增加。,温度对,FRP,拉伸性能的影响,温度对,FRP,拉伸强度和弹性模量的影响具有的特征：,i),一般在低温范围内，拉伸性能好，随温度上升，强度降低；,ii),在低温范围内，无捻粗纱布,FRP,于湿态下拉伸强度大，而平纹布,FRP,无此倾向；,iii),在中温范围内，平纹布,FRP,在50,C,左右拉伸强度最高，而缎纹布和无捻粗纱布都随温度上升拉伸性能下降；,iv),随着纤维含量的增加，,FRP,的耐热性提高。,温度对,FRP,弯曲性能的影响,FRP,的弯曲强度和弯曲弹性模量均随温度升高而降低。特别是温度超过70,C100,C,后，急剧降低。,性能,温度,室温,60,C,100,C,150,C,200,C,拉伸强度(,MPa),306.0,272.0,243.0,220.0,221.0,压缩强度(,MPa),179.0,87.0,57.2,26.0,弯曲强度(,MPa),264.0,140.0,68.0,23.9,剪切强度(,MPa),24.6,14.3,9.9,7.5,197 聚酯,FRP,在不同温度下的机械性能,E-