混雜纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料經(jīng)典教材

第六節(jié)

混雜纖維增強(qiáng)(zēngqiáng)的復(fù)合材料第一頁，共82頁。一、概述1．混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的含義與特點(diǎn)理想的結(jié)構(gòu)(jiégòu)材料，要求它們受載后開始有較高的模量，隨之達(dá)到較高的屈服極限，銪在承載能力稍有降低的情況下持續(xù)到一定應(yīng)變量后破壞，這樣的結(jié)構(gòu)(jiégòu)材料，可以通過不同斷裂應(yīng)變的纖維混雜，制成混雜纖維復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)。第二頁，共82頁。混雜纖維復(fù)合材料從廣義上講，包括的類型非常廣。就基體而言，可以(kěyǐ)民樹脂基體，也可以(kěyǐ)是各種樹脂聚合物混合基體、金屬基體以及各種陶瓷、玻璃等非金屬基體。而從增強(qiáng)材料來說，可以(kěyǐ)是兩種連續(xù)纖維單向增強(qiáng)，也可以(kěyǐ)是兩種纖維混雜編織、兩種短纖維混雜增強(qiáng)、兩種粒子混雜增強(qiáng)以及纖維與粒子混雜增強(qiáng)。第三頁，共82頁。在這一部分，我們介紹的混雜纖維(xiānwéi)增強(qiáng)復(fù)合材料是指兩種或兩種以上的連續(xù)纖維(xiānwéi)增強(qiáng)同一種樹脂基體的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料，除具有一般復(fù)合材料特點(diǎn)外，還具有一些新的性能，使用范圍更廣?；祀s纖維(xiānwéi)復(fù)合材料有下列幾個(gè)特點(diǎn)：第四頁，共82頁。（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)的使用性能要求，通過不同類型纖維、不同纖維的相對量、不同的混雜方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在混雜纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的統(tǒng)一更為突出(tūchū)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身包含著材料設(shè)計(jì)。第五頁，共82頁。(2)擴(kuò)大構(gòu)件設(shè)計(jì)(shèjì)自由度與工藝實(shí)現(xiàn)的可能性。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)又?jǐn)U大了構(gòu)件的設(shè)計(jì)(shèjì)自由度，從而使混雜纖維復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)(shèjì)自由度進(jìn)一步擴(kuò)大。第六頁，共82頁。(3)提高與改善復(fù)合材料的某些性能。通過兩種或多種纖維，兩種或多種樹脂基體混雜復(fù)合，依據(jù)組分的不同、含量不同、復(fù)合結(jié)構(gòu)類型不同可得到不同的混合(hùnhé)復(fù)合材料，以提高或改善復(fù)合材料的某些性能。如采用玻璃纖維與碳纖維混雜，可改善碳纖維復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)脆性破壞的現(xiàn)象。一般而言，加15％的玻璃纖維，沖擊強(qiáng)度可提高2～3倍。第七頁，共82頁。(4)降低制品成本。采用混雜纖維復(fù)合材料，由于復(fù)合材料的性能得到改善，從而(cóngér)在性能允許的情況下，可用價(jià)格低的纖維取代部分高價(jià)纖維，從而(cóngér)降低制品成本。第八頁，共82頁。2．混雜纖維復(fù)合材料(fùhécáiliào)組分混雜纖維復(fù)合材料(fùhécáiliào)的組分和普通復(fù)合材料(fùhécáiliào)的組分相似，樹脂基體一般由合成樹脂與各種助劑組成基體體系。常用的樹脂有環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、熱塑性樹脂等。第九頁，共82頁。復(fù)合材料的力學(xué)性能主要來自增強(qiáng)(zēngqiáng)纖維。混雜纖維增強(qiáng)(zēngqiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)(zēngqiáng)纖維使用最多的是碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維等纖維的組合。第十頁，共82頁。3．混雜復(fù)合材料研究的重要意義其意義在于：（1）節(jié)約成本，通過(tōngguò)采用便宜的玻璃纖維取代昂貴的碳纖維來降低成本；（2）通過(tōngguò)對所用纖維及其體積含量的優(yōu)化選擇，從而達(dá)到較寬范圍的物理和機(jī)械性能；(3)可以得到獨(dú)特的單項(xiàng)或組合的性質(zhì)，這是只用單一類型纖維所不易得到的。第十一頁，共82頁。4．混雜纖維復(fù)合材料(fùhécáiliào)的應(yīng)用混雜纖維復(fù)合材料(fùhécáiliào)是復(fù)合材料(fùhécáiliào)大家族中的優(yōu)秀代表。它除了具有一般復(fù)合材料(fùhécáiliào)的特點(diǎn)外，還有其他復(fù)合材料(fùhécáiliào)不可與之相比的許多獨(dú)有的特點(diǎn)。第十二頁，共82頁。混雜復(fù)合材料在70年代初開發(fā)以來，一直(yīzhí)受到人們的普遍重視。在短短的十多年間，混雜復(fù)合材料無論作為結(jié)構(gòu)材料還是作為功能材料，不僅已廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)等領(lǐng)域，而且還作為優(yōu)良的建筑材料、體育用品材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料等被廣泛地采用。第十三頁，共82頁。大量的事實(shí)證明，混雜復(fù)合材料在應(yīng)用中不僅可方便地滿足(mǎnzú)設(shè)計(jì)性能上的要求，而且還可以降低產(chǎn)品成本，減輕產(chǎn)品質(zhì)量，延長產(chǎn)品壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。第十四頁，共82頁。（1）從降低復(fù)合材料的價(jià)格來說，將碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維復(fù)合材料混雜做成混雜復(fù)合材料，材料成本較低，可明顯提高斷裂韌性，也可改善機(jī)械加工（如鉆孔(zuànkǒnɡ)等）性能。（2）從提高玻璃鋼的剛度和抗疲勞強(qiáng)度來說，將玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料混雜做成混雜復(fù)合材料，效果較好，可以大幅度地提高彎曲強(qiáng)度（把碳纖維鋪高在外側(cè)）和明顯提高抗疲勞強(qiáng)度（相對于玻璃鋼而言）.第十五頁，共82頁。（3）從減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提高斷裂韌性來說，將碳纖維復(fù)合材料和Kevlar49增強(qiáng)復(fù)合材料混雜，效果較好。因?yàn)镵evlar纖維的密度較小，其彈性模量比玻璃纖維(bōlixiānwéi)約大一倍，因此可提高結(jié)構(gòu)的效能，也可提高斷裂韌性和材料的阻尼。所以，在航空上常用中強(qiáng)度碳纖維和Kevlar49纖維混雜的復(fù)合材料。第十六頁，共82頁。（4）從提高(tígāo)Kevlar纖維復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度來說，應(yīng)和碳纖維復(fù)合材料或輕金屬（例如鋁合金和鈦合金）混雜鋪層做成混雜復(fù)合材料，還可以提高(tígāo)剛度（相對于Kevlar纖維復(fù)合材料而言）。第十七頁，共82頁。（5）按照纖維發(fā)展的趨勢，拉伸強(qiáng)度可得到很大的提高。由于纖維在基體中的局部屈曲與彎折，壓縮強(qiáng)度不可能得到明顯的提高，因此與抗壓縮性能很好的硼纖維及其他纖維復(fù)合做成混雜(hùnzá)復(fù)合材料，是一種比較有效的方法。硼纖維很貴，所以一般很少用于混雜(hùnzá)復(fù)合材料，但在上述情況下使用硼纖維，可能是合適的而且是有效的。對于硼纖維和其他抗壓強(qiáng)度高的纖維的生產(chǎn)，應(yīng)給予適當(dāng)?shù)闹匾暋５谑隧?，?2頁。（6）在給定比例比較合理的低延伸率纖維（例如碳纖維和硼纖維）和高延伸率纖維（例如玻璃纖維和Kevlar纖維）的情況下，若主要關(guān)心的是提高混雜復(fù)合材料的彎曲剛度，則應(yīng)該把低延伸率的纖維鋪設(shè)在外邊，采用夾層混雜的形式。如果主要關(guān)心的是提高低延伸率纖維的平均斷裂(duànliè)應(yīng)變，則以層內(nèi)混雜和按層混雜為好，低延伸率纖維在高延伸率纖維中的分散度越大越好。第十九頁，共82頁。（7）玻璃纖維和Kevlar纖維都具有很高的強(qiáng)度和相當(dāng)大的延伸率，但Kevlar纖維的模量要高一倍左右，抗疲勞性能也比玻璃纖維復(fù)合材料要好得多，在作內(nèi)壓容器時(shí)，往往有鋁材做降低局部應(yīng)力，明顯提高疲勞壽命。（8）采用織物復(fù)合材料和單向復(fù)合材料混雜，在制造(zhìzào)有曲率的部件時(shí)工藝性能較好。第二十頁，共82頁。（9）在打孔和有缺口的部分，若采用一部分高延伸率的纖維(xiānwéi)以取代低延伸率的纖維(xiānwéi)，則可以減小應(yīng)力集中系數(shù)，并提高結(jié)構(gòu)部件的抗疲勞強(qiáng)度和承載能力。（10）短纖維(xiānwéi)復(fù)合材料的性能總是比同類長纖維(xiānwéi)復(fù)合材料在纖維(xiānwéi)方向的性能差，在制造短纖維(xiānwéi)片狀模塑料的過程中，在兩表面貼上很薄的單向復(fù)合材料層片或雙向復(fù)合材料織布，則有利于提高強(qiáng)度和剛度。第二十一頁，共82頁。（11）為了特殊的要求(yāoqiú)，可采用特殊的混雜復(fù)合材料，使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（例如Kevlar0復(fù)合材料預(yù)浸片）和金屬材料（例如鋁合金和鈦合金）復(fù)合成混雜復(fù)合材料，就可以具備金屬復(fù)合材料的某些特性，第二十二頁，共82頁。但使用溫度較低，如果(rúguǒ)采用高溫的樹脂以取代環(huán)氧樹脂，則這種混雜復(fù)合材料的高溫性能就比纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料要高些，吸濕問題也將大為減輕，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能則大大改善，抗壓強(qiáng)度也能有所提高。在高溫條件下，采用金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和耐高溫的樹脂基體復(fù)合材料做成超混雜的層狀復(fù)合材料，也是很有發(fā)展前途的。第二十三頁，共82頁。（這些數(shù)值已比波音公司規(guī)定(guīdìng)的許用應(yīng)變要高些）。第二十四頁，共82頁。所以高延伸率復(fù)合材料，例如玻璃鋼和Kevlar纖維復(fù)合材料在單一使用時(shí)，由于(yóuyú)其模量較低（相對于碳纖維復(fù)合材料而言），只能用到拉伸強(qiáng)度的一小部分（10～25％），雖然安全可可靠，但大部分強(qiáng)度潛力得不到充分的發(fā)揮。碳張彈性模量較高，但是延伸率較低，抗沖擊性能和斷裂韌性較差是其主要缺點(diǎn)，單獨(dú)使用時(shí)，其可靠性較差，且價(jià)格較貴。第二十五頁，共82頁。所以，混雜使用，取高、低延伸率纖維之所長以彌補(bǔ)其所短是取合適的。即使在混雜復(fù)合材料中的低延伸率纖維發(fā)生少量斷裂成為短纖維，基本上仍能發(fā)揮作用，況且，斷裂應(yīng)變很小的高模量碳纖維，其極限拉伸應(yīng)變也可以達(dá)到和超過(chāoguò)上面提到的許用應(yīng)變值，對于混雜復(fù)合材料，在作分析比較沓，如果只考慮兩種單一材料的拉伸強(qiáng)度，而不考慮彈性模量的差別和許用應(yīng)變應(yīng)該基本相同等方面；只知其有利方面而不知其不利方面，也是不夠全面的。第二十六頁，共82頁。但基體對于混雜復(fù)合材料也是十分重要的。復(fù)合材料的許用應(yīng)變是由基體的延伸決定的，改進(jìn)基體的斷裂應(yīng)變和斷裂韌性，有利于提高混雜復(fù)合材料的性能。從混雜的意義(yìyì)上說，可以采用兩種樹脂基體，但某層采用某種樹脂基體視需要而定。如果采用混雜樹脂作為基體材料，屬改良樹脂。第二十七頁，共82頁。二、混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的混雜方式能夠廣泛工滿足設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)形式的需要，是混雜纖維復(fù)合材料的一個(gè)優(yōu)異特性。它不僅來源于參與混雜的纖維種類、性能和基體，而且更多的是采用不同的混雜方式，根據(jù)制作結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行(jìnxíng)鋪層來實(shí)現(xiàn)。混雜復(fù)合材料的混雜方式大體可分為6種類型。第二十八頁，共82頁。1．單向混雜纖維復(fù)合材料的混雜類型單向混雜纖維復(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。但是其鋪層方式（纖維分散情況）可以是不同的，因而又可分為層內(nèi)混雜、層間混雜和夾芯混雜，通常(tōngcháng)又分別稱之為A型、B型和C型混雜，如圖4-23所示。（1）層內(nèi)混雜復(fù)合材料—A型，由兩種纖維按一定的混雜比均勻地分散在同一基體中而構(gòu)成的復(fù)合材料。（2）層間混雜復(fù)合材料—B型，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地鋪迭在一起所構(gòu)成的復(fù)合材料。第二十九頁，共82頁。（3）夾芯結(jié)構(gòu)—C型，通常是由一種普通纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為芯層（core），另一種高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為表層(biǎocéng)（shell）所構(gòu)成的復(fù)合材料。在力學(xué)分析中可以看成是一種結(jié)構(gòu)。（4）層內(nèi)/層間混雜復(fù)合材料—AB型，由A型和B型兩種結(jié)構(gòu)形式迭加而成。如圖AB型所示。第三十頁，共82頁。除上述幾種典型的混雜類型外，還有隨機(jī)分布的短纖維混雜方式。圖中D型為短纖維混雜復(fù)合材料示意圖。2．單向預(yù)浸料角鋪層混雜類型角鋪層混雜是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將不同類型纖維的預(yù)浸料按一定角度鋪層的混雜形式，如圖6所示。3．不同種類纖維混雜織物(zhīwù)的混雜類型這種類型的混雜除為滿足某些力學(xué)性能要求外，有時(shí)也有工藝上的需要。其主要是通過經(jīng)緯向不同類型纖維的交織或編織物(zhīwù)進(jìn)行的混雜。近幾年來，又由于混雜纖維復(fù)合材料的發(fā)展，大大地推動(dòng)了混雜織物(zhīwù)的研究。如圖7所示為一層中有兩種纖維的混雜織物(zhīwù)。第三十一頁，共82頁。4．超級混雜復(fù)合材料類型超級混雜復(fù)合材料根據(jù)制件實(shí)際使用受力要求，可以是纖維復(fù)合材料、片狀材料（金屬或非金屬材料等）進(jìn)行混雜復(fù)合的材料，另外還包括種種夾層結(jié)構(gòu)材料。超級混雜可以根據(jù)制件受力的情況，利用各種纖維復(fù)合材料、彈性材料、金屬或非金屬材料等進(jìn)行各種形式的混雜。如使用在飛機(jī)、戰(zhàn)車等的防彈(fánɡdàn)材料，就是由纖維復(fù)合材料、橡膠板材、合金鋼板等混雜復(fù)合的材料。如圖8所示為超級混雜復(fù)合材料。第三十二頁，共82頁。5．三向編織混雜類型編織縫合混雜纖維復(fù)合材料制件，主要是根據(jù)使用上的要求和工藝上的可實(shí)現(xiàn)性來決定的，也是最充分發(fā)揮混雜纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)懷應(yīng)用特點(diǎn)的實(shí)例。如航空、宇航或各種交通工具等，常常需要各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。它不僅要求性能可靠，而且形狀也十分復(fù)雜，使用一般的材料是不能實(shí)現(xiàn)的，甚至單一纖維復(fù)合材料也不能滿足要求?？梢娀祀s纖維復(fù)合材料可以通過設(shè)計(jì)人員與工藝人員的精心配合(pèihé)，生產(chǎn)出像工藝品一樣的制件來滿足一些特殊的要求。對于工字梁形的復(fù)合材料構(gòu)件，不僅應(yīng)具有一般工字梁的特點(diǎn)，而且還要求上下兩個(gè)面板有不同的性能，并有較好的層間剪切強(qiáng)度。這樣的制件用一般的設(shè)計(jì)和工藝將難以實(shí)現(xiàn)，但是通過混雜化加上縫合工藝，可使層間剪切性能大大提高。圖9為縫合的織物混雜預(yù)浸料坯。第三十三頁，共82頁。6．混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)類型在混雜復(fù)合材料類型中，前面已提出超級混雜復(fù)合材料概念。這種超級混雜復(fù)合材料所包括的內(nèi)容是廣泛的，混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料也算是其中(qízhōng)內(nèi)容之一。混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料可以包括以下幾個(gè)方面：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；根據(jù)需要采用不同的內(nèi)部混雜面板與不同的芯子復(fù)合。圖4-24是混雜復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)示意圖。夾層結(jié)構(gòu)的制造分3部分：面板的制造、芯子的制造及面板與芯子的膠接工藝。面板的制造已有論述。膠接工藝主要是膠粘劑的選用與固化工藝，可以選用共固化成型工藝以減少膠接工序。夾芯材料主要有蜂窩芯子、泡沫芯子與波紋板芯子。第三十四頁，共82頁。（1）蜂窩芯子：蜂窩芯子的格子形狀一般有5種：正六邊形、菱形、矩形、正弦曲線形和有加強(qiáng)帶六邊形。如圖4-25所示。蜂窩芯子所用的材料有金屬箔（如鋁箔）、玻璃布、紙、勞綸紙（國外稱Nomex紙）等。蜂窩的制造有兩種方法：模壓法和膠接拉伸法。雖然模壓法蜂格尺寸精確，但生產(chǎn)效率低，目前很少用；主要采用膠接拉伸法。（2）泡沫塑料夾芯：泡沫塑料夾芯結(jié)構(gòu)是以復(fù)合材料為蒙皮，芯腔填充泡沫塑料的混雜復(fù)合結(jié)構(gòu)。蒙皮材料可以用單一(dānyī)纖維復(fù)合材料，也可用混雜纖維復(fù)合材料或金屬板。芯子所用的泡沫塑料有硬質(zhì)泡沫塑料、軟質(zhì)泡沫塑料。第三十五頁，共82頁。由于泡沫夾芯結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，適用性廣，工藝簡單，已被廣泛用于飛機(jī)和各種運(yùn)輸工具的結(jié)構(gòu)制作，其中國內(nèi)外研制與產(chǎn)生的小型飛機(jī)已采用全復(fù)合材料(fùhécáiliào)夾芯結(jié)構(gòu)。泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的制造有3種方法：①是將預(yù)制的蒙皮、預(yù)制的泡沫芯粘接在一起，這種方法工藝簡單、投資少，但效率低；②是將泡沫劑灌鑄到預(yù)制的型腔中進(jìn)行發(fā)泡；③是連續(xù)成型法。第三十六頁，共82頁。四、混雜效應(yīng)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。某些性能，在一定條件下符合混合律關(guān)系，而另一些性能則與混合律關(guān)系出現(xiàn)正的（偏高）或負(fù)的（偏低）偏差。人們普遍地將此偏離混合律關(guān)系的現(xiàn)象稱為“混雜效應(yīng)”。混雜效應(yīng)是混雜纖維復(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，以及對能量的不同響應(yīng)等有關(guān)。正確理解與應(yīng)用(yìngyòng)混雜效應(yīng)是發(fā)揮混雜纖維復(fù)合材料等特性的重要工作。第三十七頁，共82頁。（一）引起混雜效應(yīng)的因素混雜纖維復(fù)合材料承受各種形式載荷會(huì)引起各種破壞過程。破壞的形式多種多樣，如基體開裂、界面脫膠、纖維斷裂、拔出、分層損傷、擴(kuò)展及整體斷裂等。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(zēngjiā)了界面類型、界面數(shù)、各種纖維的力學(xué)性能差異以及相互協(xié)調(diào)制約等，使由此而引起的“混雜效應(yīng)”十分復(fù)雜。第三十八頁，共82頁。一般而言，混雜纖維復(fù)合材料體系中兩咱纖維的熱膨脹系數(shù)存在差異，這兩種纖維在復(fù)合材料固化后，由于不同的熱收縮造成零載時(shí)兩種纖維所處的受力狀態(tài)不同。如碳纖維（CF）/玻璃纖維（GF）混雜復(fù)合后，由于熱收縮造成零載時(shí)，CF受壓，GF受拉。當(dāng)復(fù)合材料受力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混雜效應(yīng)。如CF/GF混雜復(fù)合材料，達(dá)到CF斷裂應(yīng)力時(shí)，其斷裂應(yīng)變提高，而使GF的破壞應(yīng)變降低，因此(yīncǐ)，制造工藝的熱收縮對混雜效應(yīng)有明顯的影響。第三十九頁，共82頁?；w的混雜效應(yīng)的關(guān)系尚沒有定量的認(rèn)識，一般考慮為協(xié)調(diào)兩種纖維的力學(xué)行為而選用中等模量的樹脂基體。其實(shí)，復(fù)合材料很多性能與樹脂基體的性能有關(guān)，而有些性能又是由基體的性能怕決定的。由于樹脂的結(jié)構(gòu)不同，必然引起不同的界面效應(yīng)及裂紋在樹脂基體中的行為，樹脂基體固化形成的不同殘余應(yīng)力，基體的韌性會(huì)明顯(míngxiǎn)影響混雜復(fù)合材料中裂紋的傳播方式，因而混雜復(fù)合材料的破壞模式也將不同。這些必然對混雜效應(yīng)產(chǎn)生不同的影響。第四十頁，共82頁。混雜復(fù)合材料的斷裂應(yīng)變并不恒定，它和峽谷種纖維的位置分布有關(guān)，一般可用混雜比和分散度這兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)表示兩種纖維的位置分布。混雜比是指兩種纖維相對體積分?jǐn)?shù)之比。分散度是指混雜復(fù)合材料最小復(fù)合單元厚度的倒數(shù)(dǎoshù)，在許多場合，斷裂應(yīng)變值隨混雜體系的分散度增加而增加，也隨著混雜比變化而明顯變化。第四十一頁，共82頁。研究表明，層間混雜結(jié)構(gòu)的一層斷裂后裂紋并不趨勢傳入另一層，而是轉(zhuǎn)化為分層裂紋，并且由于裂紋長度有限，經(jīng)過一段距離后載荷又重新由界面?zhèn)鬟f到原層中繼續(xù)承載，這種現(xiàn)象只在混雜結(jié)構(gòu)中低伸長（LE）纖維的體積分?jǐn)?shù)低于某一臨界值時(shí)才有。也就是說，在脆性纖維斷裂后，基體可承受全部載荷而不發(fā)生破壞。其次，低伸長—高伸長（LE-HE）纖維間界面具有良好的粘結(jié)性，才能有效地傳遞應(yīng)力。再者就是混雜纖維的分散度應(yīng)高于某一臨界值。如在層間混雜中的CF的絕對厚度必須小到一定的程度才能得到多重?cái)嗔涯Ｊ剑鴬A芯混雜如夾芯厚度超過(chāoguò)三層則幾乎看不到混雜效應(yīng)—當(dāng)然對導(dǎo)觀眾混雜是很容易觀察到的。第四十二頁，共82頁。混雜比對熱效應(yīng)是明顯的。在GF/CF比值較大的混雜復(fù)合材料中，熱收縮造成的內(nèi)應(yīng)力較大，因此熱效應(yīng)也較大，當(dāng)然對混雜效應(yīng)也不。如層內(nèi)混雜和夾芯混雜時(shí)，在GF/CF比值相等的條件下，是熱效應(yīng)引起的殘余應(yīng)力，在層內(nèi)混雜中它均勻地分布在整個(gè)體系內(nèi)，而夾層混雜則主要集中在芯層與表層的界面，因此產(chǎn)生(chǎnshēng)的各種效應(yīng)也各不相同。第四十三頁，共82頁。4．界面狀態(tài)的影響混雜纖維復(fù)合材料的界面，從概念上說與復(fù)合材料的界面含義是一樣的；但它又有特殊的地方，由于(yóuyú)混雜纖維復(fù)合材料由多于一種的纖維以不同的混雜形態(tài)進(jìn)行復(fù)合，因此在復(fù)合材料中所造成的界面將有幾種不同的類型，且有不同的界面數(shù)。界面數(shù)的多少是混雜纖維復(fù)合材料的特征參數(shù)，而界面的狀態(tài)—纖維和基體間粘合效應(yīng)等將在混雜復(fù)合材料的熱性能、物理性能等方面引起不同效果。第四十四頁，共82頁。如果界面(jièmiàn)粘合情況好，可以提高纖維粘合性能的界面(jièmiàn)值并降低分散度的臨界值。這必然反映到混雜結(jié)構(gòu)因素與混雜效應(yīng)的關(guān)系上。一般認(rèn)為CF/GF的界面(jièmiàn)的脫膠范圍隨著分散度的增加和CF體積分?jǐn)?shù)降低而減少。另外，有人認(rèn)為，混雜復(fù)合材料中的低伸長纖維斷裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲發(fā)射，而不同的纖維具有不同的彈性模量和密度，因此將會(huì)對低伸長纖維斷裂產(chǎn)生的應(yīng)力波表現(xiàn)出不同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即出現(xiàn)應(yīng)力幅值差和相位差，從而在鄰近纖維中所引起的動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)也不同。根據(jù)所提出的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，找出純低伸長復(fù)合材料和混雜復(fù)合材料的動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)，并用它們的比值表示混雜效應(yīng)。第四十五頁，共82頁。五、混雜纖維復(fù)合材料的特性混雜纖維復(fù)合材料最大的特點(diǎn)是多種材料性能的兼容性，可以最大限度地針對不同的應(yīng)用條件和要求，進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮混雜纖維和基體的性能，獲得具有更好的綜合性能及更高性能價(jià)格比的復(fù)合材料，甚至包括同時(shí)兼有相反性能的復(fù)合材料，如導(dǎo)電而絕熱，強(qiáng)度(qiángdù)優(yōu)于鋼而彈性優(yōu)于橡膠等性能的材料。另外，選定最佳的纖維混雜比及混雜方式，可以使材料的某單項(xiàng)性能指數(shù)達(dá)到最大值，來滿足工程上的特殊要求?；祀s纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特性具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第四十六頁，共82頁。a．沖擊強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高普通碳纖維／環(huán)氧復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度很低，該材料在沖擊載荷下呈明顯的脆性破壞，在復(fù)合材料中屬脆性材料。若將試材料中15％的碳纖維用玻璃纖維代替，構(gòu)成(gòuchéng)“碳—玻—環(huán)氧”混雜復(fù)合材料，其沖擊強(qiáng)度可以增加2—3倍，而且加人玻璃纖維后，由于混雜效果，混雜復(fù)合材料的破壞應(yīng)變可提高40％。第四十七頁，共82頁。b．相對于高級單纖維復(fù)合材料混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成本明顯降低。高性能增強(qiáng)材料，如碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維等，它們的模量比普通玻璃纖維約高出一個(gè)數(shù)量級，但價(jià)格卻比玻璃纖維高出數(shù)十倍到數(shù)百倍，故用這些纖維制作的復(fù)合材料價(jià)格十分高昂，且其綜合性能并不理想(lǐxiǎng)，而將少量的高級增強(qiáng)纖維以合理的方式加入到一般纖維復(fù)合材料中，則可能得到綜合性能好的混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而成本卻大大降低。第四十八頁，共82頁。c.提高疲勞強(qiáng)度相對于普通纖維(xiānwéi)復(fù)合材料，混雜纖維(xiānwéi)復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度大為提高，在某些特定纖維(xiānwéi)含量及鋪迭形式下，混雜纖維(xiānwéi)復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度可高于構(gòu)成它的普通纖維(xiānwéi)復(fù)合材料中的最高者。如玻璃纖維(xiānwéi)復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)呈非線性遞減，由于碳纖維(xiānwéi)具有較高的模量和損傷容限，所以引入碳纖維(xiānwéi)后，混雜復(fù)合材料的疲勞性能有所改善，當(dāng)加入50％的碳纖維(xiānwéi)時(shí)，混雜復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性遞減，而加入65％的碳纖維(xiānwéi)時(shí)，混雜復(fù)合材料的疲勞壽命可接近于單一碳纖維(xiānwéi)增強(qiáng)復(fù)合材料的水平。第四十九頁，共82頁。d．改善剛度性能一般而言，高級增強(qiáng)纖維均具高模量，它的加入可使普通纖維復(fù)合材料的剛度大大提高，尤其夾芯結(jié)構(gòu)的混雜復(fù)合材料更是如此。如玻璃纖維復(fù)合材料由于模量較低，在一些主承力構(gòu)件上的應(yīng)用受到限制，如加入50％的碳纖維復(fù)合材料作為表層的夾層(jiācéng)結(jié)構(gòu)，其模量可達(dá)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的90％，故可采用這種夾層(jiācéng)結(jié)構(gòu)制得不易失穩(wěn)破壞的大面積無支撐的薄板和薄殼。第五十頁，共82頁。e．特殊的熱膨脹性能諸如石墨、芳綸等高級增強(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，如前者和熱膨脹系數(shù)相同(xiānɡtónɡ)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)量儀器及通訊衛(wèi)星等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。由于混雜復(fù)合材料具有多種材料性能的兼容性，而且可具有上述一種或數(shù)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。第五十一頁，共82頁。六、混雜(hùnzá)纖維復(fù)合材料的應(yīng)用混雜(hùnzá)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為復(fù)合材料家族中的代表，除了具有普通復(fù)合材料的特點(diǎn)外，還具有一般復(fù)合材料不可比擬的許多優(yōu)點(diǎn)，因此在短短的20多年間，混雜(hùnzá)復(fù)合材料無論是作為結(jié)構(gòu)材料還是作為功能材料，不僅廣泛地應(yīng)用于航空、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、造船工業(yè)等領(lǐng)域，而且還作為優(yōu)良的建筑材料，體育用品材料，生物工程材料等被廣泛地采用。第五十二頁，共82頁。1.在航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用航空、航天領(lǐng)域與其它領(lǐng)域不同，其技術(shù)要求相當(dāng)高，就所用材料而言，其選擇準(zhǔn)則如下。a．質(zhì)量問題航空、航天產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮的就是質(zhì)量問題，即材料在滿足高性能要求的前提下，其質(zhì)量越輕越好。減輕(jiǎnqīng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量意味著提高飛行性能，減少能耗。如人造衛(wèi)星的自身結(jié)構(gòu)質(zhì)量每減輕(jiǎnqīng)1kg，相當(dāng)于節(jié)省270kg的推進(jìn)劑；如果飛機(jī)上減輕(jiǎnqīng)質(zhì)量，即可提高飛行速度，加大航程，增加運(yùn)載能力，提高安全性。混雜復(fù)合材料由于具有更高的比強(qiáng)度、比模量，所以是航空、航天工業(yè)的理想材料。第五十三頁，共82頁。b．溫度要求(yāoqiú)飛行器對材料的溫度要求(yāoqiú)，一是耐高溫，二是熱穩(wěn)定性。因?yàn)轱w行器在飛行過程中，由于氣動(dòng)加熱導(dǎo)致溫度上升，并且飛行速度越大，溫度上升越快。如飛機(jī)在超音速下飛行，溫度通常為150～200℃，導(dǎo)彈在高馬赫數(shù)下飛行幾分鐘后，溫度上升到300℃以上，而航天飛行器頭錐在返回地球進(jìn)入大氣層的幾秒鐘內(nèi)，溫度甚至高達(dá)1000℃以上。同時(shí)，在較高的溫度變化速率條件下，要求(yāoqiú)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。采用不同角度鋪層的碳纖維復(fù)合材料及其混雜復(fù)合材料能夠滿足上述要求(yāoqiú)而成為候選材料之一。第五十四頁，共82頁。c．強(qiáng)度和模量航空、航天產(chǎn)品在力學(xué)性能方面的要求也是非常嚴(yán)格的，除了(chúle)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。顯然一般單纖維復(fù)合材料難以全面滿足所有性能要求，必須考慮混雜復(fù)合材料。一般復(fù)合材料在航空、航天技術(shù)中的應(yīng)用已有相對長的歷史，但僅限于非受力構(gòu)件及一般的承力結(jié)構(gòu)，如GFRP制造的雷達(dá)天線罩，CFRP制造的人造衛(wèi)星的Helios光學(xué)管道等?；祀s復(fù)合材料的開發(fā)，使人們認(rèn)識到它在航空、航天技術(shù)上的巨大潛力，并獲得了一般復(fù)合材料無法比擬的結(jié)果。第五十五頁，共82頁。(a)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。CF—KF混雜纖維復(fù)合材料用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，使其性能得到明顯提高。衡量火箭性能的主要依據(jù)是它的理想速度，理想速度是忽略了空氣阻力及重力產(chǎn)生的速度損失后，推進(jìn)劑燃燒終了時(shí)，火箭的最高速度，它隨μ值(μ＝Wp／WT)而增加。其中(qízhōng)Wp為消耗推進(jìn)劑的質(zhì)量，WT為發(fā)射時(shí)火箭的全部質(zhì)量。由此看出，減輕WT或火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量的主要部分，即發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，對提高火箭速度及性能有著突出的意義。第五十六頁，共82頁。(b)人造衛(wèi)星?；祀s復(fù)合材料(cáiliào)作為人造衛(wèi)星構(gòu)件材料(cáiliào)得到了比較多的應(yīng)用，包括衛(wèi)星天線、攝像機(jī)支架、衛(wèi)星蒙皮及遙控協(xié)調(diào)電機(jī)的殼體等。選擇熱膨脹性能截然相反的纖維進(jìn)行組合，得到零膨脹系數(shù)的混雜復(fù)合材料(cáiliào)，可以保證在較大溫差范圍內(nèi)天線反射器的高描準(zhǔn)性和衛(wèi)星的攝像精度。第五十七頁，共82頁。(c)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。20多年來，復(fù)合材料從只制作戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的雷達(dá)天線罩開始，到今天已能制造戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的彈體和彈翼。近年來，混雜(hùnzá)復(fù)合材料也開始用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈，典型的例子是用CF—GF混雜(hùnzá)增強(qiáng)酚醛樹脂制成的導(dǎo)彈頭錐，這就有效地解決了重返大氣時(shí)結(jié)構(gòu)材料與燒蝕材料統(tǒng)一的問題。第五十八頁，共82頁。(d)飛機(jī)構(gòu)件。復(fù)合材料包括混雜復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，不論是所應(yīng)用的飛機(jī)種類，還是構(gòu)件的類型以及復(fù)合材料的用量都在日益擴(kuò)大。實(shí)踐證明，混雜復(fù)合材料用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，具有如下特點(diǎn)；①疲勞性能好，混雜復(fù)合材料構(gòu)件(如旋翼)的疲勞壽命大大高于金屬材料，且不會(huì)出現(xiàn)突然性的脆斷事故；②抗腐蝕，耐沖擊，并且能夠減少飛機(jī)飛行時(shí)的振動(dòng)(zhèndòng)；③大幅度減少維修的工作量；④降低質(zhì)量與成本。第五十九頁，共82頁。采用復(fù)合材料制造飛機(jī)構(gòu)件的實(shí)例很多。首先是在軍用飛機(jī)上的開發(fā)利用，經(jīng)過非受力構(gòu)件和次受力構(gòu)件的應(yīng)用之后，目前混雜(hùnzá)復(fù)合材料已經(jīng)開始用于戰(zhàn)斗機(jī)及其它軍用飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、頭罩等主受力結(jié)構(gòu)部件。軍用直升機(jī)中，混雜(hùnzá)復(fù)合材料的應(yīng)用更為突出，從頭罩、阻帶板、方向舵、穩(wěn)定箱等到機(jī)身、旋翼等。如美國的YOH-60A，德國的BO-117及我國的延安-2號等直升機(jī)的旋翼、槳葉，現(xiàn)已全部采用混雜(hùnzá)復(fù)合材料代替金屬制造，從而使結(jié)構(gòu)質(zhì)量大幅度下降。第六十頁，共82頁。對于民用客機(jī)，由于其可靠性和安全性的要求，復(fù)合材料目前主要在受力不大的構(gòu)件上使用，但其范圍卻相當(dāng)廣泛。例如波音公司最新的B767上的前后翼身整流罩、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、機(jī)翼固定內(nèi)外側(cè)后緣板、重尾固定后浮板、主起落架艙門等都采用(cǎiyòng)了CF—KF混雜增強(qiáng)復(fù)合材料；另外該機(jī)上的前起落架艙門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙皮、貨艙襯里等采用(cǎiyòng)了CF-GF混雜復(fù)合材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，B767客機(jī)上共用了246kg的混雜復(fù)合材料。波音公司打算在20世紀(jì)90年代，除發(fā)動(dòng)機(jī)和起落架外，飛機(jī)的大部分結(jié)構(gòu)材料均采用(cǎiyòng)碳纖維，Kevlar纖維，玻璃纖維及其混雜復(fù)合材料，可以預(yù)見，21世紀(jì)的航空材料將是復(fù)合材料及混雜復(fù)合材料的時(shí)代。第六十一頁，共82頁。2．在船舶工業(yè)中的應(yīng)用船舶工業(yè)一直是復(fù)合材料應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。早在20世紀(jì)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(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、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(qízhōng)尤以CF—GF混雜、CF—KF混雜復(fù)合材料在高速船艇(包括賽艇)和大型豪華游艇等方面取得較快的進(jìn)展。第六十二頁，共82頁。20世紀(jì)80年代初，日本(rìběn)首先開始了混雜復(fù)合材料在船體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究，開展了8m長摩托賽艇的研制，由于采用CF-GF交替鋪層的混雜復(fù)合材料制作賽艇的外板，通過船體縱向彎曲試驗(yàn)結(jié)果與原來的GFRP外板結(jié)構(gòu)相比，剛度明顯提高，截面變形非常小，減重35％，試制艇時(shí)速超過50nmile。1983年8月，日本(rìběn)又建造了全長48m，總噸位493t，時(shí)速14nmile(1nmile（海里）=1852m)的復(fù)合材料超豪華機(jī)動(dòng)游艇，該艇是目前世界上最大級別的民用FRP船，共使用了150t復(fù)合材料，其中包括相當(dāng)數(shù)量的混雜復(fù)合材料，碳纖維的用量達(dá)1t。第六十三頁，共82頁。英國在研制CF-KF混雜復(fù)合材料快艇方面很有優(yōu)勢，他們認(rèn)為在CF中混雜KF，可以提高航速20％，節(jié)約燃料費(fèi)用33％。因此，早在20世紀(jì)70年代末，RAE公司就設(shè)計(jì)制造了15．8m長，以混雜復(fù)合材料為面板的夾層結(jié)構(gòu)作為(zuòwéi)主受力構(gòu)件的賽艇，這種賽艇輕便靈活，剛度大，能保證高速度下船體的流線外形，并有良好的減振性能，因此，在比賽中具有相當(dāng)?shù)母偁幠芰Α５诹捻?，?2頁。3．在汽車工業(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)粱、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，以美國為例，用在汽車上的復(fù)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(gè)方面：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、降降低成本等方面取得了顯著(xiǎnzhù)的經(jīng)濟(jì)效益。下面是混雜復(fù)合材料作為汽車構(gòu)件的應(yīng)用實(shí)例。第六十五頁，共82頁。（1）驅(qū)動(dòng)軸采用CF—GF混雜增強(qiáng)復(fù)合材料制造的驅(qū)動(dòng)軸，是混雜復(fù)合材料用于汽車工業(yè)中的一個(gè)突出例子。這種驅(qū)動(dòng)軸可以通過纏繞(chánrào)或擠拉成型工藝生產(chǎn)，并且可將由傳統(tǒng)金屬材料制造的雙件型軸改成單件型軸，從而增強(qiáng)了構(gòu)件的剛度，提高了自振頻率，適合高速行駛。由于軸的質(zhì)量減輕了，可以加快軸的轉(zhuǎn)速以節(jié)約燃料。同時(shí)，還改善了軸的動(dòng)態(tài)性能和衰震特性，提高了駕駛操作的可靠性。第六十六頁，共82頁。(2)彈簧目前采用混雜復(fù)合材料制造的汽車用彈簧有兩種；一種是板式彈簧；另一種是圈式彈簧。作為彈性構(gòu)件，首先要考慮的是彈性率，它與材料的剛性有關(guān)(yǒuguān)，單純采用CFRP，雖然可以達(dá)到鋼材的水平，且減重70％，但由于CF價(jià)格昂貴，其性能價(jià)格比并不高。若采用CF—GF疊層混雜，或者夾芯結(jié)構(gòu)(CFRP作面層、GFRP作芯子)，則可滿足性能及使用要求，而且還可以改善沖擊韌性，提高性能價(jià)格比，有利于產(chǎn)品的商品化。第六十七頁，共82頁。(3)車身殼體以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為骨架，用混雜復(fù)合材料制作殼體，可以使車體質(zhì)量減輕的同時(shí)，增加剛度，減少震動(dòng)，并能保持高速所需的氣動(dòng)外形，提高車速，增加運(yùn)載能力。例如，冷藏車車殼，用CF-GF混雜復(fù)合材料做表皮，泡沫芯做絕熱層，可以大大減輕質(zhì)量，增大載重量。（4）引擎引擎采用混雜復(fù)合材料可使慣性載荷減少50％，振動(dòng)大大降低，噪音下降30％，壽命提高2倍，且輕引擎?zhèn)鬟f功大，增加了時(shí)速。另外，由于混雜復(fù)合材料熱傳導(dǎo)率低，可以保持更多的余熱(yúrè)，在低速時(shí)就能產(chǎn)生更大的功率，從而節(jié)省了燃料。第六十八頁，共82頁。4．在建筑設(shè)施中的應(yīng)用混雜復(fù)合材料在建筑工業(yè)中的應(yīng)用，已不再滿足(mǎnzú)用于各種內(nèi)裝飾、門窗、衛(wèi)生設(shè)備、各種管道等，而主要用作建筑結(jié)構(gòu)材料。國外已有報(bào)道，建筑工業(yè)所需的各種型材、管材等均可使用混雜復(fù)合材料來制造。第六十九頁，共82頁?；祀s復(fù)合材料作為建筑結(jié)構(gòu)材料的典型實(shí)例是混雜復(fù)合材料工字粱。這種工字粱可以用碳纖維復(fù)合材料作為粱翼表面，而以一般無規(guī)短切玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為梁腰。這兩部分可以依據(jù)不同的準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種工字梁的剛度比單純的GFRP的情況有了明顯的提高，因?yàn)楫?dāng)沿冀緣方向加入單向CFRP時(shí)，梁的剛度隨CF含量而增加。另一個(gè)實(shí)例是混雜復(fù)合材料的建筑結(jié)構(gòu)板，通常是以CF—GF或CF—KF混雜復(fù)合材料作為面板，以SMC、蜂窩或泡沫塑料為芯材制成的大型夾層結(jié)構(gòu)板材?；祀s復(fù)合材料作為建筑結(jié)構(gòu)材料，還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其預(yù)