最新混雜增強(qiáng)復(fù)合材料

1、hybrid fiber compositev 研究材料 使用性能使用性能 組成結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 合成與加工v改善材料性能途徑： 有機(jī)纖維，高分子鏈引入第三組分進(jìn)行共聚、共混； 合成新型的材料； 研制纖維混雜增強(qiáng)的復(fù)合材料；研制纖維混雜增強(qiáng)的復(fù)合材料； 對纖維進(jìn)行表面處理。一、混雜纖維復(fù)合材料概述v 兩種或兩種以上的連續(xù)纖維增強(qiáng)同一種樹脂基體的復(fù)合材料稱之為混雜復(fù)合材料。v 樹脂基體有環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂和熱塑性樹脂等；v 增強(qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維和凱夫拉纖維等的組合。 界面v 力學(xué)性能v 復(fù)合材料混雜方式v 混雜纖維復(fù)合材料特點(diǎn)v 混雜纖維復(fù)合材料發(fā)展方向 混雜復(fù)合材料的界面v 混雜復(fù)合材料的界面從

2、概念上說與復(fù)合材料的界面含義是一樣的，但在混雜復(fù)合材料中由于有兩種以上的纖維，又有不同的混雜形式。因此，在復(fù)合材料中所造成的界面將有幾種不同的類型.改善界面表面處理：1.表面活化2.表面包覆 包覆無機(jī)物 包覆有機(jī)物混雜復(fù)合材料的力學(xué)性能v混雜纖維復(fù)合材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度與單一纖維情況一樣，也可用混合定律處理，但要復(fù)雜一些。混雜纖維復(fù)合材料的力學(xué)行為不僅與組分性質(zhì)、含量有關(guān)，而且與混雜方式也有關(guān)系。界面如圖所示，當(dāng)混雜復(fù)合材料應(yīng)變達(dá)到低伸長纖維的斷裂應(yīng)變時(shí)，低伸長纖維首先斷裂，即一級拉伸破壞強(qiáng)度。低伸長纖維斷裂后，試樣是否能繼續(xù)承載取決于高伸長纖維的含量。當(dāng)其含量超過臨界含量時(shí)，載荷由高伸長

3、纖維承擔(dān)直到整個(gè)材料破壞。這時(shí)的斷裂強(qiáng)度稱之為二級拉伸破壞強(qiáng)度。v 縱向彈性模量：v 混雜復(fù)合材料的縱向拉伸彈性模量介于兩種單一纖維復(fù)合材料之間。以兩種纖維混雜為例v 1.當(dāng)基體對彈性模量有貢獻(xiàn)混雜方式，其起始彈性模量為： e l = e f 1 v f 1+ e f 2 v f 2 + e m v m 2.當(dāng)混雜復(fù)合材料應(yīng)變達(dá)到低伸長纖維的斷裂應(yīng)變時(shí)，低伸長纖維首先斷裂，即一級拉伸破壞時(shí)： e l =e f 2 v f 2+ e m v m 3.假設(shè)基體對復(fù)合材料的彈性模量貢獻(xiàn)可以忽略： e l = （ e f 1 v f 1 + e f 2 v f 2）（1 - v m ）v 2、橫向彈性

4、模量 e t ：1/ e t = v f / e f t + v m / e mt1/ e t = v f 2/ （e f t 1 v f 1 + e f t 2v f 2） + v m / e mte f t為纖維的橫向彈性模量，v f 為總的纖維體積比?；祀s復(fù)合材料的混雜方式v 1、單向混雜纖維復(fù)合材料v單向混雜纖維復(fù)合材料是通過預(yù)浸料沿一個(gè)方向的鋪層來實(shí)現(xiàn)的，但其鋪層方式可以是不同的，有層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜和短纖維混雜等四種方式。界面v2、單向預(yù)浸料角度鋪層混雜v 3、混雜織物混雜v 4、三向編織物混雜v 三向編織混雜復(fù)合材料是一種三維方向上使用不同類型或不同性能的纖維編織復(fù)合材

5、料。主要是根據(jù)使用上的要求，工藝上的可實(shí)現(xiàn)性來決定的。v 5、復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)v 混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)包括單一纖維復(fù)合材料的面板與不同形式的夾芯復(fù)合；混雜復(fù)合材料的面板與不同形式的夾芯復(fù)合；或者根據(jù)需要采用不同的內(nèi)外混雜面板與不同的夾芯復(fù)合?；祀s復(fù)合材料特點(diǎn)：v 1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性?；祀s纖維復(fù)合材料可以根據(jù)結(jié)構(gòu)使用性能要求，通過不同類型纖維、不同纖維的相對含量、不同的混雜方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和功能兼?zhèn)涞囊蟆＝缑鎣 2）擴(kuò)大構(gòu)件設(shè)計(jì)自由度與工藝實(shí)現(xiàn)的可能性。v 混雜復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)自由度較單一纖維復(fù)合材料要大。由于混雜復(fù)合材料構(gòu)件工藝實(shí)現(xiàn)的可能性超過單一纖維復(fù)合材料，相應(yīng)

6、又進(jìn)一步擴(kuò)大了構(gòu)件的設(shè)計(jì)自由度。如玻璃纖維復(fù)合材料飛機(jī)機(jī)翼的翼尖部位剛度不夠，可在翼尖部位適當(dāng)使用碳纖維，制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件來增加剛度。而這種混雜復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)在工藝上是不難實(shí)現(xiàn)的。v 3）提高與改善復(fù)合材料的某些性能。v 通過不同類型纖維、不同纖維的相對含量、不同的混雜方式進(jìn)行設(shè)計(jì)可得到不同的混雜纖維復(fù)合材料，以提高或改善復(fù)合材料的某些性能。v 1.在碳纖維復(fù)合材料中用15%玻璃纖維和碳纖維混雜，其沖擊強(qiáng)度較單一碳纖維復(fù)合材料提高23 倍。v 2.玻璃纖維復(fù)合材料的模量較低。如引入50%的碳纖維作為表層，其模量可達(dá)到碳纖維復(fù)合材料的90%。v 3.碳纖維、kevlar 纖維等沿纖維軸向

7、具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)，如與具有正的熱膨脹系數(shù)纖維混雜可以得到預(yù)定熱膨脹系數(shù)的材料，甚至可得到零熱膨脹系數(shù)的材料。這對飛機(jī)、衛(wèi)星等用高精密構(gòu)件是非常重要的。v 4）降低制品成本。v 在性能允許的情況下，用價(jià)格低的纖維取代部分高價(jià)纖維制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件可以降低制品成本。另一方面，使用適量高價(jià)但高性能的纖維制成混雜復(fù)合材料構(gòu)件，獲得材料的高性能/價(jià)格比，同樣獲得大的經(jīng)濟(jì)效益。v 如直升飛機(jī)的金屬旋翼槳葉改用混雜復(fù)合材料，就材料本身可能增加了成本。但結(jié)構(gòu)改變后，零件數(shù)由原400 種減少到100 余種，重量減輕40%，同時(shí)簡化了生產(chǎn)工藝、縮短了制備周期使用壽命由金屬的幾百小時(shí)提高到上萬小時(shí)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)