混雜復合材料

1、第四章 復合材料論第6節(jié)混雜復合材料,第一章 物態(tài)及其變化,本章主要內(nèi)容,一、混雜纖維增強復合材料的結構形式 二、混雜纖維增強復合材料的特性 三、混雜纖維增強復合材料的應用,第一章 物態(tài)及其變化,3,混雜復合材料的含義,廣義上，混雜復合材料包括混雜纖維增強復合材料和混合基體復合材料，前者一般是由兩種或兩種以上的纖維混雜增強一種基體所構成。,4,一、混雜纖維增強復合材料的結構形式,知識點一：影響混雜纖維復合材料性能的因素,除了包括一般復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,其中增強纖維的混雜方式(亦稱混雜復合材料的結構形式,即內(nèi)種纖維在混雜復合材料中的分布狀況)

2、具有重要意義。,第一章 物態(tài)及其變化,5,知識點二：混雜纖維復合材料結構形式分類,A型層內(nèi)混雜復合材料 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成的復合材料。 B型層間混雜復合材料 由兩種不同的單纖維復合材料層以不同的比例及方式交替的鋪迭在一起所構成的復合材料。 C型夾芯結構 通常是由一種普通纖維增強復合材料作為芯層，另一種高性能纖維增強復合材料作為表層所構成的復合材料,AB型層內(nèi)/層間混雜復合材料 由A型和B型兩種結構形式迭加而成。 D型超混雜復合材料 由金屬材料，各種單一復合材料（包括蜂窩夾芯，泡沫塑料夾芯等）所組成的復合材料。,第一章 物態(tài)及其變化,8,幾種混雜纖維增強復合材料

3、示意圖,第一章 物態(tài)及其變化,9,混雜復合材料的混雜方式大體可分為6種類型,第一章 物態(tài)及其變化,10,混雜纖維復合材料由于采用兩種纖維混雜，復合材料的性能出現(xiàn)綜合效果。 混雜效應是指混雜纖維復合材料所特有的一種現(xiàn)象，不僅與材料的組分結構、性能有關，而且還與混雜的結構類型、受力形式、界面狀況，以及對能量的不同響應等有關，應正確理解與應用混雜效應。,第一章 物態(tài)及其變化,11,混雜纖維復合材料承受各種形式載荷會引起各種破壞過程，破壞的形式多種多樣，有基體開裂、界面脫膠、纖維斷裂、拔出等。這些形態(tài)可能分別發(fā)生、也可能幾個同時發(fā)生。 由于混雜纖維復合材料存在兩種以上纖維，增加了界面類型、界面數(shù)、各種

4、纖維的力學性能差異以及相互協(xié)調(diào)制約等，使引起的“混雜效應” 十分復雜。,第一章 物態(tài)及其變化,12,第一章 物態(tài)及其變化,13,2.混雜纖維增強復合材料的特性,（1）事實上，針對不同的應用條件和要求，充分發(fā)揮混雜纖維增強復合材料結構設計與材料設計的統(tǒng)一性，以及混雜復合材料構件設計自由度大的特點，采用不同類型和性質(zhì)的增強纖維，通過合理的材料設計和成型工藝，可獲得更好的綜合性能及更高性能價格比的復合材料，甚至包括兼有相反性能的復合材料。 （2）混雜復合材料最大的特點是多種材料性能的兼容性。,第一章 物態(tài)及其變化,14,（3）混雜纖維強度復合材料的特性具體包括以下幾個方面： a.沖擊強度和斷裂韌性顯

5、著提高 b.相對于高級單纖維復合材料，混雜纖維增強 復合材料的成本明顯降低 c.提高疲勞強度 d.改善剛度性能 e.特殊的熱膨脹性能 由于混雜復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，必將不斷擴大和完善復合材料的應用領域。,二、混雜纖維增強復合材料的特性,特殊的熱膨脹性能諸如石墨,芳綸等高級增強纖維,沿纖維軸向具有負的熱膨脹系數(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定的熱膨脹系數(shù),甚至零膨脹系數(shù)的復合材料, 這在實際應用中具有特殊的意義：如前者的熱膨脹系數(shù)相同的材料構成結構件時,可以避免熱應力的不利影響,后者可在計董儀番及通優(yōu)衛(wèi)星等領域發(fā)揮重要作用

6、。由于混雜復合材料具有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、混雜纖維增強復合材料的應用,1.質(zhì)量問題：對于航空、航天產(chǎn)品的結構設計首先要考慮的就是質(zhì)量問題，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，而混雜復合材料具有高的比強度、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)近似為零的復合材料。,知識點一 ：混雜復合材料在航空、航天工業(yè)中的應用,3.強度和模量：航空,航天產(chǎn)品在力學性能方面

7、的要求也是非常嚴格的,除了要求較高的抗拉強度和模量外,同時還應具備較高的壓縮強度,彎曲強度,剪切強度以及良好的沖擊特性。 混雜復合材料用于飛機結構具有如下特點: 疲勞性能好,混雜復合材料構件(如族翼)的疲勞壽命大大然性的脆斷事故; 抗腐蝕,耐沖擊,并且能夠減少飛機飛行時的振動; 大幅度減少維修的工作量； 降低質(zhì)量與成本。,船舶工業(yè)一直是復合材料應用最多的領域之一,早在40年代,國外就開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,除了要求結構材料具有一定的強度,.剛度外,還應該同時具備優(yōu)良的抗沖擊

8、韌性、減振性、抗壓能力以及質(zhì)量輕以節(jié)省能耗等特點。 混雜復合材料優(yōu)良的綜合性能和設計自由度。被認為是現(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展。,知識點二：混雜復合材料在船舶工業(yè)中的應用,復合材料(包括混雜復合材料)在汽車工業(yè)中的應用非常廣泛，包括汽車的車身、驅(qū)動軸、彈簧、引擎、保險杠、操縱桿、方向盤、客艙隔板、底盤、結構梁、發(fā)動機罩、散熱器罩。車門等上百個部件。 其用量也在迅速增長,以美國為例,用在汽車上的復合材料 1983年為6萬t，1984年為7.9萬t，1989年增至29.2萬t。其主要原因有兩個方面:

9、,知識點三：混雜復合材料在汽車工業(yè)中的應用,一是材料的綜合性能好,尤其是混雜復合材料,具有較高的比強度和比剛度,良好的耐腐蝕性與耐候性，尺寸穩(wěn)定性與整體結構化以及耐磨,減振.隔音等多項特點,非常適合在汽車上使用。 二是應用效果良好,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)濟效益。其應用實例有：驅(qū)動軸、彈簧、車身殼體、引擎等,混雜復合材料作為建筑結構材料,有一個顯著的特點是其預成型性和大型輕量化。即可工廠按設計要求,大批量的生產(chǎn)各種預制構件,運輸?shù)浆F(xiàn)場進行裝配和施工,非常適合現(xiàn)代建筑技術的發(fā)展和要求。,知識點四：混雜復合材料在建筑設施中的應用,對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)強度，還要良好的