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復合材料簡介

文章出處:責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2014-06-23 16:47:00【

  國家標準GB/T 3961—1993中對復合袋材料下的定義是:由兩個或兩個以上的獨立的物理相,包括黏結材料(基體)和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產物,稱為復合材料。簡單地說,復合材料就是用兩種或兩種以上不同性能,不同形態的組分材料,通過復合手段組合而成的一種多相材料。
  1.復合材料的組成
  (1)基體(基體相):構成復合材料連續相的單一材料,如玻璃鋼(玻璃增強纖維)中的樹脂就是基體。
  (2)增強材料(增強相):復合材料中不構成連續相的材料。它是分散的、被基體包容的,如玻璃鋼中的玻璃纖維。
  (3)復合材料的界面(界面相):增強相與基體相之間的一個交界面稱為復合材料界面。
  復合材料的各個相在界面上可以物理地分開,但通過微觀結構層次上的分析與研究,發現復合材料界面附近的增強相和基體相由于在復合時發生復雜的物理和化學變化,變得具有既不同于基體相,又不同于增強相組分本身的復雜結構,同時發現這一結構和形態會對復合材料宏觀性能產生影響,所以界面附近這一結構與性能發生變化的微區也可作為復合材料的一相,稱為界面相。
  2.復合材料的特點
  與傳統的材料相比,復合材料具有以下幾個特點:
  ①可設計性。復合材料的力學、機械及熱、聲、光、電、防、腐、抗老化等物理、化學性能都可按制件的使用要求和環境條件挺求,通過組分材料的選擇匹配以界面控制等材料設計手段,址大限度地達到預期目的,以滿足使用性能。
  ②材料與結構的同一性。傳統材料的構件成型是經過對材料的再加工,在加工過程中材料不發生組分和化學變化,而復合材料構件與材料是同時形成的,它由組成復合材料的組分材料在復合成材料的同時也就形成了構件,一般不再由“復合材料”加工成復合材料構件。由于復合材料的這一特點,使之結構的整體性好,可大幅度地減少零部件和連接數量,從而縮短加工周期,降低成本,提高構件的可靠性。
  ③發揮復合效應的優越性。復合材料雖由各組分材料經過復合工藝形成,但它并不是幾種材料簡單的混合,而是按復合效應形成新的性能,這是復合材料所僅有的。
  ④材料性能對復合工藝的依賴性。復合材料結構在形成的過程中有組分材料的物理和化學變化,過程非常復雜,構件的性能塒工藝方法、工藝參數、工藝過程等依賴性較大,同時在成型過程中很難準確地控制工藝參數。
  與傳統的材料相比,復合材料在性能上具有以下幾個優點:
  ①比強度、比模量大。復合材料“輕質高強”,例如,碳纖維增強環氧樹脂復合材料的比強度比鋼高5倍,比鋁合金高4倍,比鈦合金高3.5倍,比模量是鋼、鋁、鈦的4倍。
  ②耐疲勞性能好。
  ③阻尼減振性好。復合材料界面有較大的吸收振動能量能力,致使材料的振動阻尼較高。
  ④破損安全性高。復合材料的破壞不像傳統材料那樣突然發生,而是經歷損傷、開裂、界面脫黏、纖維斷裂等一系列過程,從而遲滯了破壞突然發生。軟包裝材料復合工藝及設備.
  3.復合材料的分類
  按不同的標準和要求,復合材料通常有以下幾種分類法。
  (1)按使用性能不同分為:結構復合材料、功能復合材料。
  (2)按基體材料類型分為:樹脂基復合材料、金屬基復合材料、無機非金屬基復合材料。
  (3)按分散相的形態分為:連續纖維增強復合材料、纖維織物、編織體增強復合材料、片狀材料增強復合材料、短纖維或晶須增強復合材料、顆粒增強復合材料。
  (4)按增強纖維類別分為:碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、陶瓷纖維復合材料。
  4.復合材料性能復合原理
  復合材料是由兩種或兩種以上不同化學組分、不同性能的材料組成,它們遵循什么樣的法則來進行復合,如何才能使復合的整體性能優于組分材料,即保留所期望的特性(如高強度、高剛性、重量輕),抑制不期望的特性(低延性),復合原理就是探討這個問題,下面就有關問題作簡單介紹。
  (1)基體與增強材料間的相互作用
  復合材料中基體與增強材料問的相互作用是通過所形成界面的性質和強度而表現出來的,一般來說,界面不僅僅是兩種材料的幾何交界面,而且是具有一定厚度的界面層,在這一區域發生急劇的變化,存在各種復雜的物理、化學和力學的作用。而在實際的復合材料中,基體和增強材料之間的結合可分為以下幾種。
  ①機械結合。基體和增強材料之間沒有發生化學反應,純粹是機械連接,這種結合是靠粗糙的纖維表面和基體產生摩擦力而實現的,只能在平行于纖維的方向上承受載荷。
  ②潤濕和擴散。復合過程中液態的叢體在增強材料表面鋪展、潤濕,然后發生相互原子或分子的擴散、滲透,從而形成界面。
  ③反應結合。基體和增強材料之間發生化學反應,在界面形
  ④混合結合。上述結合方式中幾種的組合,是最普遍的結合方式。
  (2)基體與增強材料之間的相容性
  相容性是指復合材料在制造和使用過程中各組分之間相互協調、配合的程度。它關系到各組分材料能否有效地發揮作用,也關系到復合材料整體結構和性能是否長期持久穩定。
  ①物理相容性。物理相容性要求復合材料在承受應力作用和環境溫度變化時,各相組分材料的力學性能和其他的物理性能能夠相互協調、匹配。其中力學相容性主要是指基體應有足夠的韌性和強度,能將外部載荷均勻地傳遞到增強材料上,而不會產生明顯的不連續現象;熱相容性是物理相容性的另一個內容,復合材料要求基體和增強材料有相當的熱膨脹系數以及合理的膨脹系數搭配(有時還需考慮熱導率),不至于在經受高溫后或者循環受熱時,復合材料內部產生有害的附加應力而損害其力學性能。
  ②化學相容性。化學相容性相對復雜,它包括熱力學相容性與化學反應(基體與增強材料之間的反應)相容性。

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復合材料簡介

文章出處:責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2014-06-23 16:47:00【

  國家標準GB/T 3961—1993中對復合袋材料下的定義是:由兩個或兩個以上的獨立的物理相,包括黏結材料(基體)和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產物,稱為復合材料。簡單地說,復合材料就是用兩種或兩種以上不同性能,不同形態的組分材料,通過復合手段組合而成的一種多相材料。
  1.復合材料的組成
  (1)基體(基體相):構成復合材料連續相的單一材料,如玻璃鋼(玻璃增強纖維)中的樹脂就是基體。
  (2)增強材料(增強相):復合材料中不構成連續相的材料。它是分散的、被基體包容的,如玻璃鋼中的玻璃纖維。
  (3)復合材料的界面(界面相):增強相與基體相之間的一個交界面稱為復合材料界面。
  復合材料的各個相在界面上可以物理地分開,但通過微觀結構層次上的分析與研究,發現復合材料界面附近的增強相和基體相由于在復合時發生復雜的物理和化學變化,變得具有既不同于基體相,又不同于增強相組分本身的復雜結構,同時發現這一結構和形態會對復合材料宏觀性能產生影響,所以界面附近這一結構與性能發生變化的微區也可作為復合材料的一相,稱為界面相。
  2.復合材料的特點
  與傳統的材料相比,復合材料具有以下幾個特點:
  ①可設計性。復合材料的力學、機械及熱、聲、光、電、防、腐、抗老化等物理、化學性能都可按制件的使用要求和環境條件挺求,通過組分材料的選擇匹配以界面控制等材料設計手段,址大限度地達到預期目的,以滿足使用性能。
  ②材料與結構的同一性。傳統材料的構件成型是經過對材料的再加工,在加工過程中材料不發生組分和化學變化,而復合材料構件與材料是同時形成的,它由組成復合材料的組分材料在復合成材料的同時也就形成了構件,一般不再由“復合材料”加工成復合材料構件。由于復合材料的這一特點,使之結構的整體性好,可大幅度地減少零部件和連接數量,從而縮短加工周期,降低成本,提高構件的可靠性。
  ③發揮復合效應的優越性。復合材料雖由各組分材料經過復合工藝形成,但它并不是幾種材料簡單的混合,而是按復合效應形成新的性能,這是復合材料所僅有的。
  ④材料性能對復合工藝的依賴性。復合材料結構在形成的過程中有組分材料的物理和化學變化,過程非常復雜,構件的性能塒工藝方法、工藝參數、工藝過程等依賴性較大,同時在成型過程中很難準確地控制工藝參數。
  與傳統的材料相比,復合材料在性能上具有以下幾個優點:
  ①比強度、比模量大。復合材料“輕質高強”,例如,碳纖維增強環氧樹脂復合材料的比強度比鋼高5倍,比鋁合金高4倍,比鈦合金高3.5倍,比模量是鋼、鋁、鈦的4倍。
  ②耐疲勞性能好。
  ③阻尼減振性好。復合材料界面有較大的吸收振動能量能力,致使材料的振動阻尼較高。
  ④破損安全性高。復合材料的破壞不像傳統材料那樣突然發生,而是經歷損傷、開裂、界面脫黏、纖維斷裂等一系列過程,從而遲滯了破壞突然發生。軟包裝材料復合工藝及設備.
  3.復合材料的分類
  按不同的標準和要求,復合材料通常有以下幾種分類法。
  (1)按使用性能不同分為:結構復合材料、功能復合材料。
  (2)按基體材料類型分為:樹脂基復合材料、金屬基復合材料、無機非金屬基復合材料。
  (3)按分散相的形態分為:連續纖維增強復合材料、纖維織物、編織體增強復合材料、片狀材料增強復合材料、短纖維或晶須增強復合材料、顆粒增強復合材料。
  (4)按增強纖維類別分為:碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、有機纖維復合材料、陶瓷纖維復合材料。
  4.復合材料性能復合原理
  復合材料是由兩種或兩種以上不同化學組分、不同性能的材料組成,它們遵循什么樣的法則來進行復合,如何才能使復合的整體性能優于組分材料,即保留所期望的特性(如高強度、高剛性、重量輕),抑制不期望的特性(低延性),復合原理就是探討這個問題,下面就有關問題作簡單介紹。
  (1)基體與增強材料間的相互作用
  復合材料中基體與增強材料問的相互作用是通過所形成界面的性質和強度而表現出來的,一般來說,界面不僅僅是兩種材料的幾何交界面,而且是具有一定厚度的界面層,在這一區域發生急劇的變化,存在各種復雜的物理、化學和力學的作用。而在實際的復合材料中,基體和增強材料之間的結合可分為以下幾種。
  ①機械結合。基體和增強材料之間沒有發生化學反應,純粹是機械連接,這種結合是靠粗糙的纖維表面和基體產生摩擦力而實現的,只能在平行于纖維的方向上承受載荷。
  ②潤濕和擴散。復合過程中液態的叢體在增強材料表面鋪展、潤濕,然后發生相互原子或分子的擴散、滲透,從而形成界面。
  ③反應結合。基體和增強材料之間發生化學反應,在界面形
  ④混合結合。上述結合方式中幾種的組合,是最普遍的結合方式。
  (2)基體與增強材料之間的相容性
  相容性是指復合材料在制造和使用過程中各組分之間相互協調、配合的程度。它關系到各組分材料能否有效地發揮作用,也關系到復合材料整體結構和性能是否長期持久穩定。
  ①物理相容性。物理相容性要求復合材料在承受應力作用和環境溫度變化時,各相組分材料的力學性能和其他的物理性能能夠相互協調、匹配。其中力學相容性主要是指基體應有足夠的韌性和強度,能將外部載荷均勻地傳遞到增強材料上,而不會產生明顯的不連續現象;熱相容性是物理相容性的另一個內容,復合材料要求基體和增強材料有相當的熱膨脹系數以及合理的膨脹系數搭配(有時還需考慮熱導率),不至于在經受高溫后或者循環受熱時,復合材料內部產生有害的附加應力而損害其力學性能。
  ②化學相容性。化學相容性相對復雜,它包括熱力學相容性與化學反應(基體與增強材料之間的反應)相容性。

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