混雜復(fù)合材料

1、第四章 復(fù)合材料論第6節(jié)混雜復(fù)合材料第二小組 學(xué)號(hào)：16461009 姓名：徐浩2018年10月15日整理課件本章主要內(nèi)容 一、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式 二、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特性 三、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用整理課件3 3混雜復(fù)合材料的含義廣義上，混雜復(fù)合材料包括混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和混合基體復(fù)合材料，前者一般是由兩種或兩種以上的纖維混雜增強(qiáng)一種基體所構(gòu)成。4 4一、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式一、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式知識(shí)點(diǎn)一：影響混雜纖維復(fù)合材料性能的因素,除了包括一般復(fù)合材料性能的影響因素之處,還與所用混雜纖維的類型混雜比、混雜方式等有關(guān),其中增強(qiáng)纖維的混雜方式(

2、亦稱混雜復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式,即內(nèi)種纖維在混雜復(fù)合材料中的分布狀況)具有重要意義。整理課件5 5知識(shí)點(diǎn)二：混雜纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式分類A型層內(nèi)混雜復(fù)合材料由兩種纖維按一定的混雜比均勻的分散在同一基體中而構(gòu)成的復(fù)合材料。B型層間混雜復(fù)合材料由兩種不同的單纖維復(fù)合材料層以不同的比例及方式交替的鋪迭在一起所構(gòu)成的復(fù)合材料。C型夾芯結(jié)構(gòu)通常是由一種普通纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為芯層，另一種高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為表層所構(gòu)成的復(fù)合材料AB型層內(nèi)/層間混雜復(fù)合材料由A型和B型兩種結(jié)構(gòu)形式迭加而成。D型超混雜復(fù)合材料由金屬材料，各種單一復(fù)合材料（包括蜂窩夾芯，泡沫塑料夾芯等）所組成的復(fù)合材料。整理課件8 8幾種混

3、雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料示意圖幾種混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料示意圖整理課件9 9混雜復(fù)合材料的混雜方式大體可分為6種類型整理課件1010混雜纖維復(fù)合材料由于采用兩種纖維混雜，復(fù)合材料的性能出現(xiàn)綜合效果?；祀s效應(yīng)是指混雜纖維復(fù)合材料所特有的一種現(xiàn)象，不僅與材料的組分結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)，而且還與混雜的結(jié)構(gòu)類型、受力形式、界面狀況，以及對(duì)能量的不同響應(yīng)等有關(guān)，應(yīng)正確理解與應(yīng)用混雜效應(yīng)。整理課件1111混雜纖維復(fù)合材料承受各種形式載荷會(huì)引起各種破壞過(guò)程，破壞的形式多種多樣，有基體開(kāi)裂、界面脫膠、纖維斷裂、拔出等。這些形態(tài)可能分別發(fā)生、也可能幾個(gè)同時(shí)發(fā)生。由于混雜纖維復(fù)合材料存在兩種以上纖維，增加了界面類型、界面數(shù)、各

4、種纖維的力學(xué)性能差異以及相互協(xié)調(diào)制約等，使引起的“混雜效應(yīng)” 十分復(fù)雜。整理課件1212整理課件13132.混雜混雜纖維增纖維增強(qiáng)復(fù)合強(qiáng)復(fù)合材料的材料的特性特性（1）事實(shí)上，針對(duì)不同的應(yīng)用條件和要求，充分發(fā)揮混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性，以及混雜復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)自由度大的特點(diǎn)，采用不同類型和性質(zhì)的增強(qiáng)纖維，通過(guò)合理的材料設(shè)計(jì)和成型工藝，可獲得更好的綜合性能及更高性能價(jià)格比的復(fù)合材料，甚至包括兼有相反性能的復(fù)合材料。（2）混雜復(fù)合材料最大的特點(diǎn)是多種材料性能的兼容性。 整理課件1414（3）混雜纖維強(qiáng)度復(fù)合材料的特性具體包括以下幾個(gè)方面： a.沖擊強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高 b.相

5、對(duì)于高級(jí)單纖維復(fù)合材料，混雜纖維增強(qiáng) 復(fù)合材料的成本明顯降低 c.提高疲勞強(qiáng)度 d.改善剛度性能 e.特殊的熱膨脹性能由于混雜復(fù)合材料具有多種材料性能的兼容性，而且可具有上述一種或多種優(yōu)異特性，因此，必將不斷擴(kuò)大和完善復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。二、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特性特殊的熱膨脹性能諸如石墨,芳綸等高級(jí)增強(qiáng)纖維,沿纖維軸向具有負(fù)的熱膨脹系數(shù),用這些纖維和具有正的熱膨脹系數(shù)的纖維混雜可以獲得預(yù)定的熱膨脹系數(shù),甚至零膨脹系數(shù)的復(fù)合材料,這在實(shí)際應(yīng)用中具有特殊的意義：如前者的熱膨脹系數(shù)相同的材料構(gòu)成結(jié)構(gòu)件時(shí),可以避免熱應(yīng)力的不利影響,后者可在計(jì)董儀番及通優(yōu)衛(wèi)星等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。由于混雜復(fù)合材料具有

6、異種材科性能的兼容性,而且可具有上述一種或數(shù)種優(yōu)異特性。三、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用三、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用1.質(zhì)量問(wèn)題：對(duì)于航空、航天產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮的就是質(zhì)量問(wèn)題，即材料在滿足高性能要求的前提下，其質(zhì)量越輕越好，其性能越好，且能耗低，而混雜復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比模量，因而是航天、航空工業(yè)的理想材料。2.溫度要求：飛行器對(duì)材料的溫度要求,一是耐高溫,二是熱穩(wěn)定性。在較高的溫度變化速率條件下,要求在工作溫度范圍內(nèi),材料具有良好的熱穩(wěn)定性,因此,需要選擇熱膨脹系數(shù)近似為零的復(fù)合材料。知識(shí)點(diǎn)一 ：混雜復(fù)合材料在航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用3.強(qiáng)度和模量：航空,航天產(chǎn)品在力學(xué)性能方面的

7、要求也是非常嚴(yán)格的,除了要求較高的抗拉強(qiáng)度和模量外,同時(shí)還應(yīng)具備較高的壓縮強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度,剪切強(qiáng)度以及良好的沖擊特性?；祀s復(fù)合材料用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):疲勞性能好,混雜復(fù)合材料構(gòu)件(如族翼)的疲勞壽命大大然性的脆斷事故;抗腐蝕,耐沖擊,并且能夠減少飛機(jī)飛行時(shí)的振動(dòng);大幅度減少維修的工作量； 降低質(zhì)量與成本。船舶工業(yè)一直是復(fù)合材料應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一,早在40年代,國(guó)外就開(kāi)始用聚酯玻璃鋼造船,目前在小型.低速船艇(包括漁船、游艇、內(nèi)河氣墊船,救生艇等)中,玻璃鋼的使用十分普遍。但現(xiàn)代船舶朝大型化、高速化方向發(fā)展,除了要求結(jié)構(gòu)材料具有一定的強(qiáng)度,.剛度外,還應(yīng)該同時(shí)具備優(yōu)良的抗沖擊韌性、減振性、

8、抗壓能力以及質(zhì)量輕以節(jié)省能耗等特點(diǎn)?；祀s復(fù)合材料優(yōu)良的綜合性能和設(shè)計(jì)自由度。被認(rèn)為是現(xiàn)代船艇最有希望的材料。其中尤以CF-GF混雜，CFKF 混雜復(fù)合材料在高速加感(包括賽艇)和大型豪華游艇等方面取得較快的進(jìn)展。知識(shí)點(diǎn)二：混雜復(fù)合材料在船舶工業(yè)中的應(yīng)用復(fù)合材料(包括混雜復(fù)合材料)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，包括汽車的車身、驅(qū)動(dòng)軸、彈簧、引擎、保險(xiǎn)杠、操縱桿、方向盤、客艙隔板、底盤、結(jié)構(gòu)梁、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、散熱器罩。車門等上百個(gè)部件。其用量也在迅速增長(zhǎng),以美國(guó)為例,用在汽車上的復(fù)合材料 1983年為6萬(wàn)t，1984年為7.9萬(wàn)t，1989年增至29.2萬(wàn)t。其主要原因有兩個(gè)方面:知識(shí)點(diǎn)三：混雜復(fù)合材料

9、在汽車工業(yè)中的應(yīng)用一是材料的綜合性能好,尤其是混雜復(fù)合材料,具有較高的比強(qiáng)度和比剛度,良好的耐腐蝕性與耐候性，尺寸穩(wěn)定性與整體結(jié)構(gòu)化以及耐磨,減振.隔音等多項(xiàng)特點(diǎn),非常適合在汽車上使用。二是應(yīng)用效果良好,大大地減輕了整車質(zhì)量，從而使汽車在節(jié)約能源、提高速度、降低成本等方面取得了顯著地經(jīng)濟(jì)效益。其應(yīng)用實(shí)例有：驅(qū)動(dòng)軸、彈簧、車身殼體、引擎等混雜復(fù)合材料作為建筑結(jié)構(gòu)材料,有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其預(yù)成型性和大型輕量化。即可工廠按設(shè)計(jì)要求,大批量的生產(chǎn)各種預(yù)制構(gòu)件,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配和施工,非常適合現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展和要求。知識(shí)點(diǎn)四：混雜復(fù)合材料在建筑設(shè)施中的應(yīng)用對(duì)于體育用品與器材的要求：既要較高的剛度，又要良好的抗沖擊韌性;既要求高的靜態(tài)強(qiáng)度，還要良好的動(dòng)態(tài)性能，正是這些要求使得混雜復(fù)合材料有良好的前景。