是國內外近年蓬勃興起的一類新型復合材料,指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,代替通常的樹脂膠粘劑
:可鋸、可刨、粘結、用釘子或螺釘固定,并且容易維修;不怕蟲蛀、耐老化、耐腐蝕、不會吸潮變形;能重復使用和回收再利用,也可生物降解,對環境友好。
1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度;材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕,而強度和剛度大。這是結構設計,特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。
2、 復合材料的力學性能可以設計,即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式,使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如,在某種鋪層形式下,材料在一方向受拉而伸長時,在垂直于受拉的方向上材料也伸長,這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應,在平板模上鋪層制作層板,加溫固化后,板就自動成為所需要的曲板或殼體。
3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40~50%,而某些復合材料可高達70~80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始,逐漸擴展到纖維和基體的界面上,沒有突發性的變化。因此,復合材料在破壞前有預兆,可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料制成的直升飛機旋翼,其疲勞壽命比用金屬的長數倍。
4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大,因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗,碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。
5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下,用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時,彈性模量大幅度下降,強度也下降;而在同一溫度下,用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小,因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。
6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料制成的構件超載,并有少量纖維斷裂時,載荷會迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上,因此整個構件不至于在短時間內喪失承載能力。
復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合于整體成型,因而減少了零部件的數目,從而可減少設計計算工作量并有利于提高計算的準確性。另外,制作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起,先用模具成型,而后加溫固化,在制作過程中基體由流體變為固體,不易在材料中造成微小裂紋,而且固化后殘余應力很小。
復合材料有特性:
1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度;材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕,而強度和剛度大。這是結構設計,特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。
2、 復合材料的力學性能可以設計,即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式,使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如,在某種鋪層形式下,材料在一方向受拉而伸長時,在垂直于受拉的方向上材料也伸長,這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應,在平板模上鋪層制作層板,加溫固化后,板就自動成為所需要的曲板或殼體。
3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40~50%,而某些復合材料可高達70~80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始,逐漸擴展到纖維和基體的界面上,沒有突發性的變化。因此,復合材料在破壞前有預兆,可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料制成的直升飛機旋翼,其疲勞壽命比用金屬的長數倍。
4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大,因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗,碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。
5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下,用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時,彈性模量大幅度下降,強度也下降;而在同一溫度下,用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小,因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。
6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料制成的構件超載,并有少量纖維斷裂時,載荷會迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上,因此整個構件不至于在短時間內喪失承載能力。
復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合于整體成型,因而減少了零部件的數目,從而可減少設計計算工作量并有利于提高計算的準確性。另外,制作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起,先用模具成型,而后加溫固化,在制作過程中基體由流體變為固體,不易在材料中造成微小裂紋,而且固化后殘余應力很小。
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新型復合材質有以下特性,比較好加工,表面硬度高,耐水耐腐,使用壽命長等
復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環氧樹脂復合的材料,其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數倍,還具有優良的化學穩定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到熱膨脹系數幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性,因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料,在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合,不但鈦的耐熱性提高,且耐磨損,可用作發動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合, 使用溫度可達1500℃,比超合金渦輪葉片的使用溫度(1100℃)高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨,構成耐燒蝕材料,已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小,用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧,其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。
卡伏拉 卡伏拉是聚對-亞苯基對苯二甲酰胺,是用作結構材料的高分子復合材料。它們大多用于商用飛機上。它質量小、強度高,把鋁合金的抗張強度和單位質量抗張強度都定為1.0,卡伏拉分別是5.4和10.0,而冷拉鋼分別只有5.0和1.7。玻璃鋼 最早的復合材料。用作高壓容器(儲存氧氣、氫氣等高壓氣體的鋼瓶)的玻璃鋼是由玻璃纖維和酚醛樹脂復合制成的。它的應用不僅可以節約大量優質鋼材,而且耐壓程度可達50MPa,灌滿氣體的玻璃鋼瓶從高處滾下,不會爆炸,也不會摔破。用玻璃纖維和尼龍復合而成的玻璃鋼,可用來制造海上漁輪螺旋槳,可以節約大量的銅(過去海上漁輪的螺旋槳多數是用銅制成的,每只需銅0.5t左右)。用玻璃鋼作車架的全塑自行車,一輛只有7kg重。除發動機等少數部件外,小轎車的車身和內裝飾材料都是由玻璃鋼及其他塑料制成的。汽艇、掃雷艇、救生艇、游艇、賽艇等也已廣泛采用玻璃鋼船身。玻璃鋼也可以用來制作耐腐蝕的閥門、管道、泵、風機、槽車等。碳纖維 增強塑料碳纖維是用粘膠絲、聚丙烯腈纖維和瀝青絲等為原料,在1000~3000℃下碳化而成的。碳纖維的直徑極細(7μm左右),但強度特別高。碳纖維增強塑料在飛機和航天技術方面的應用越來越廣。在飛機制造上,用它替代鋁合金或鈦合金后,飛機的自重能減輕15%,用同量的燃料,能增加飛行距離10%,上升率增加10%,起飛時的跑道能縮短15%。燒蝕材料 用玻璃纖維增強酚醛塑料或環氧樹脂制成的復合燒蝕材料,已被應用在宇宙飛船和人造衛星上。當宇宙飛船和人造衛星返回地面時,跟空氣劇烈摩擦,外殼溫度可達5000℃以上。宇宙飛船的外殼使用燒蝕材料后,在高溫、高壓氣流沖刷的條件下,燒蝕材料發生熱解、氣化、升華、熔化、輻射等作用,通過表面材料的損耗而帶走大量熱量,結果只在表面上“剝掉一層皮”,而內部的人、儀器設備、資料卻安全地返回地面。
復合材料有特性: 1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度;材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕,而強度和剛度大。這是結構設計,特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。 2、 復合材料的力學性能可以設計,即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式,使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如,在某種鋪層形式下,材料在一方向受拉而伸長時,在垂直于受拉的方向上材料也伸長,這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應,在平板模上鋪層制作層板,加溫固化后,板就自動成為所需要的曲板或殼體。 3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40~50%,而某些復合材料可高達70~80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始,逐漸擴展到纖維和基體的界面上,沒有突發性的變化。因此,復合材料在破壞前有預兆,可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料制成的直升飛機旋翼,其疲勞壽命比用金屬的長數倍。 4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大,因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗,碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。 5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下,用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時,彈性模量大幅度下降,強度也下降;而在同一溫度下,用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小,因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。 6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料制成的構件超載,并有少量纖維斷裂時,載荷會迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上,因此整個構件不至于在短時間內喪失承載能力。 復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合于整體成型,因而減少了零部件的數目,從而可減少設計計算工作量并有利于提高計算的準確性。另外,制作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起,先用模具成型,而后加溫固化,在制作過程中基體由流體變為固體,不易在材料中造成微小裂紋,而且固化后殘余應力很小。
高分子復合材料分為兩大類:高分子結構復合材料和高分子功能復合材料。以前者為主。高分子結構復 合材料包括兩個組分:①增強劑。為具有高強度、高模量、耐溫的纖維及織物,如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物。②基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑,如不飽合聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂,這種復合材料的比強度和比模量比金屬還高,是國防、尖端技術方面不可缺少的材料。高分子功能復合材料也是由樹脂類基體材料和具有某種特殊功能的材料構成,如某些電導、半導、磁性、發光、壓電等性質的材料,與粘合劑復合而成,使之具有新的功能。如冰箱的磁性密封條即是這類復合材料。