第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展-2.ppt

1 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 碳 碳复合材料以碳纤维或碳化硅纤维 或织物 为增强体 以碳为基体的复合材料的总称 碳基复合材料有两种制备方法 一是浸渍法 即用增强体浸渍熔融的石油或沥青 再经碳化和石墨处理 它的基体是石墨碳 呈层状条带结构 性能是各向异性的 还有用增强体浸渍糠醇 呋喃甲醇 或酚醛等热固性树脂 只经碳化处理 它的基体是玻璃碳 即无定型碳结构 性能是各向同性的 另一是CVD法 即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体上来进行复合 这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳 碳 碳复合材料不耐氧化 所以有时需要加抗氧化涂层 2 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 印刷电路板 玻璃钢 轮胎 纤维增强橡胶 雷达罩 玻璃纤维增强树脂 火箭外壳 碳纤维 树脂 碳 碳复合材料 人造卫星天线 碳纤维 镁合金 航天飞机框架 硼纤维 铝合金 网球拍 羽毛球拍 高尔夫球杆 钓鱼杆 雪橇 休闲汽车活塞 连杆 自行车飞轮等 民用工业 3 复合材料举例 面广 尖端 1 1前言 3 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 人类第一架全复合材料飞机 1 1前言 4 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 复合材料制品 羽毛球拍高尔夫球杆 机器零件 1 1前言 5 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 2复合材料简介 compositematerial 定义由两种或两种以上不同性能 不同形态的组分材料 通常是增强材料和基体材料 通过复合工艺组合而成的一种多相材料 它既保持了原组分材料的主要特点 又显示了原组分材料所没有的新性能 6 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 特征 1 微观上是非均相材料 组分材料间有明显的界面 2 组分材料性能差异很大 3 组成复合材料后性能有较大的改进 4 组分材料的体积分数应大于10 三种基本的物理相 1 基体相 连续的 2 增强相 分散的 被基体所包容 3 界面相 增强相与基体相之间的交界面 1 2复合材料简介 7 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 3复合材料的命名及分类 按基体材料类型命名 金属基复合材料 无机非金属基复合材料 聚合物基复合材料以增强纤维的类型来命名 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 混杂复合材料例 玻璃 环氧复合材料 玻璃纤维环氧树脂复合材料 环氧玻璃钢 碳 金属复合材料 碳纤维和金属基体构成的复合材料碳 碳复合材料 C C复合材料 碳纤维和碳基体构成的复合材料 8 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 3复合材料的命名及分类 分散相形态 1 连续纤维增强 2 纤维织物增强 3 片状材料增强 4 短纤维增强 5 颗粒增强 6 纳米增强 基体材料类型 1 金属基 2 无机非金属基 陶瓷基 碳基 3 聚合物基 热固性树脂基 热塑性树脂基 增强纤维的类型 1 碳纤维 2 玻璃纤维 3 有机纤维 4 硼纤维 5 碳化硅 5 混杂纤维 1 3 2 9 以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料 称为玻璃纤维增强塑料 或称为玻璃钢 国际公认的缩写符号为GFRP 由于所使用的树脂品种不同 因此有聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢之称 玻璃钢是一种品种繁多 性能各别用途广泛的复合材料 它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺 制作而成的一种功能型的新型材料 玻璃钢简介 10 玻璃钢简介 11 热塑性 热固性 热塑性 热固性 返回 玻璃钢简介 12 相对密度在1 5 2 0之间 只有碳钢的1 4 1 5 可是拉伸强度却接近 而比强度可以与高级合金钢相比 玻璃钢简介 13 FRP是良好的耐腐材料 对大气 水和一般浓度的酸 碱 盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力 是优良的绝缘材料 用来制造绝缘体 已广泛用于雷达天线罩 FRP热导率低 只有金属的1 100 1 1000 是优良的绝热材料 在瞬时超高温情况下 是理想的热防护和耐烧蚀材料 能保护宇宙飞行器在2000 以上承受高速气流的冲刷 玻璃钢简介 14 1 玻璃钢材料是一种具有可设计性的材料品种 可以根据不同的使用环境及特殊的性能要求 自行设计复合制作而成 因此只要选择适宜的原材料品种 基本上可以满足各种不同用途对于产品使用时的性能要求 2 玻璃钢产品 制作成型时的一次性 只要根据产品的设计 选择合适的原材料铺设方法和排列程序 就可以将玻璃钢材料和结构一次性地完成 避免了金属材料通常所需要的二次加工 从而可以大大降低产品的物质消耗 减少了人力和物力的浪费 玻璃钢简介 15 3 玻璃钢材料 还是一种节能型材料 若采用手工糊制的方法 其成型时的温度一般在室温下 或者在100 以下进行 因此它的成型制作能耗很低 返回 玻璃钢简介 16 玻璃钢简介 17 如按工艺特点来分 有手糊成型 层压成型 RTM法 树脂传递模塑成型技术 挤拉法 模压成型 缠绕成型等 目前世界上使用最多的成型方法有以下四种 手糊法 主要使用国家有挪威 日本 英国 丹麦等 喷射法 主要使用国家有瑞典 美国 挪威等 模压法 主要使用国家有德国等 RTM法 主要使用国家有欧美各国 日本 玻璃钢简介 18 它的应用范围相当广泛 主要有以下应用领域 1 化工 制药 石油等行业2 船舶行业3 汽车 摩托车及自行车行业4 航空航天 军工业5 运动娱乐制品及设施6 电气 电子 电器 通信行业7 交通 物流行业8 工艺品9 建筑行业10 暖通 空调及水工程11 其他 19 20 21 玻璃钢制的花盆 22 可视电话罩壳 格栅 垃圾筒 23 玻璃钢游艇 24 玻璃钢在汽车中的应用 25 板材 玻璃钢门 电表箱 26 管道 冷却塔 容器 27 玻璃钢制的浮雕工艺品 高压电缆护罩 28 在轨道交通车辆中的应用 1 机车导流罩2 司机室3 外顶板4 上顶板和下层地板5 内墙板6 通过台7 卫生间8 外部门板9 设备保护外壳10 内板家具和座椅11 行李箱12 内板隔板和门板 29 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 4复合材料的成型方法 30 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 5复合材料的特性 1 5 1比强度 比模量高 比强度 强度 密度 比模量 模量 密度 碳纤维树脂基复合材料 较高的比模量和比强度玻璃纤维由于模量相对较低 密度较高 其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于金属材料 31 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 5复合材料的特性 1 5 2耐疲劳性能好 破损安全性能高金属材料的疲劳破坏 没有明显预兆的突发性破坏 复合材料 纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展 其疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始 裂纹扩展逐步进行 时间长 破坏没有明显的预兆 金属材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的30 50 聚合物基复合材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的70 80 32 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 5复合材料的特性 1 5 3阻尼减振性好复合材料有较高的自振频率 不易产生共振 基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力 1 5 4具有多种功能性 1 瞬时耐高温性 耐烧蚀性好 2 优异的电绝缘性能和高频介电性能 3 良好的摩擦性能 碳纤维 低摩擦系数和自润滑性 4 良好的耐腐蚀性 5 有特殊的光学 电学 磁学的特性 33 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 1 5 5良好的加工工艺性 1 材料具有可设计性 2 根据制品的形状 大小 数量选择加工成型方法 3 可整体成型 减少装配零件的数量 节省工时 材料 质量1 5 6各向异性和性能的可设计性纤维复合材料的力学 物理性能除了由纤维 树脂的种类和体积含量而定外 还与纤维的排列方向 铺层次序和层数密切相关 1 5复合材料的特性 34 缺点和问题 工艺方法的自动化 机械化程度低材料性能的一致性和产品质量的稳定性差质量检测方法不完善长期耐高温和环境老化性能不好 1 5复合材料的特性 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 35 1 6复合材料的应用1 6 1在航空航天工业中的应用 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 增韧石墨 石墨 混杂复合材料 玻璃纤维 36 芳纶 杜邦聚酰胺 芳纶 泡沫芯板 碳纤维 杜邦聚酰胺 碳纤维 环氧树脂 碳纤维 芳纶 环氧树脂 玻璃纤维增强塑料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 37 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 38 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 39 GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 40 大推力 高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片 整体叶盘 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 41 B 2隐形轰炸机除主体结构是钛复合材料外 其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成 不易反射 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 42 轻巧的碳 碳复合材料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 43 全复合材料机身 轻型机的价格 中型机的宽敞客舱 客舱内站立高度为1 65米 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 44 目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50 而某些直升机早已达到90 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 45 荷兰计划研发新型绿色环保飞机外形将酷似飞碟 另一个设想就是使用复合材料 如纤维增强塑料 这种复合材料强度可与金属媲美 而重量却比金属轻得多 可以节省燃油 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 46 1 6 2复合材料在其他行业上的应用 复合材料军用吉普车 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 47 超级跑车车身大量应用碳纤维复合材料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 48 生产充气船及其胶布制品 采用国际上先进的A级RTP复合材料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 49 新型日光温室复合材料温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 50 绿可木 生态木塑复合材料 木塑复合材料吸音板 复合材料 玻璃钢 制品 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 51 采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 52 碳纤维 树脂复合材料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 53 碳 碳复合材料 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 54 生物医学制品和体育运动 复合材料被用来预防受伤 矫正生理机能 和帮助病人复原 生物医学制品和以体育运动器材为主的碳纤维复合材料制品 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 55 热塑性复合材料在近20年中 增长速率持续较快 是热固性的3倍 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 56 JS系列自润滑复合材料与部件 第一章聚合物基复合材料的概念 特性 应用与进展 57 三维纺织预成型技术和RTM技术是研制和开发高性能