6纤维增强材料

《6纤维增强材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、5.4FRP增强木质复合材料5.4.1引言纤维增强聚合物基■木质复合材料是纤维增强聚合物作为增强物增强木材所获得的性能优越的先进工程木质复合材料。复合材料同时具备纤维增强体和木材的优点。木材是一种多功能结构用材料，可以加工成诸如锯材、单板、刨花、木片和纤维等不同形态的木制材料。这些木制材料再通过胶粘剂，胶合成各种形式的结构木质复合材料，包括：集成材、结构复合材、工字梁和结构栅栏。木材还具有高的性价比和强重比。FRP也是一种多功能材料，它由合成纤维和聚合树脂构成，有时乂被称作先进纤维复合物。与木材相比，FRP具有更高的强度和刚度，因此它可用

2、于传统木质复合材料的增强。通过合理的材料结构设计，增强后的工程木质复合材料表现出更好的性能，与传统工程材料相比，具备许多潜在的优良性能。经FRP增强后，工程木质材料的一些性能可以得到提高：•强度或刚度的提高。•降低材料力学性能的变异性，允许更大的设计值。•使得低等材质树种和速生材可用于工程产品。•减小木构件的尺寸，降低其重量。•增加产品的韧性、适用性和耐疲劳性能。•提高材料的耐久性和尺寸稳定性。对于用于增强结构用木质材料的增强材料的研究已有40多年的历史。早期的研究主要集中于金属增强材料，包扌舌：钢条、预应力钢丝绳、钢板以及铝板等等。使用

3、金属作为增强物的主要问题是木材和增强材料之间的不兼容性。如，用铝板增强木梁，当含水率变化儿个百分点时，金属■木材界面便会发生剥离。金属是弹性材料，而木材属粘弹性材料；另外，两种材料的吸湿膨胀和刚度差别很大，这易导致胶层的剥离或胶层附近区域木材的拉伸破坏。与传统金属增强材料不同，纤维增强聚合物可以作为结构用木质材料良好的增强材料。FRP和木材都是粘弹性材料；另外，两种材料之间的材料加工过程也存在相似之处（例如树脂的固化过程）。因此，如果设计合理，可以将FRP和木材之间的不相容性降低到最小程度。较之金属，FRP作为增强材料的又一优点是其生产工

4、序易于和木质复合材料生产工序相结合。FRP增强木质复合材料的发展将会扩大工程木质复合材料在建筑结构以及非建筑结构中的应用。就FRP本身而言，它是一种性能优越的修复木材的材料，能够延长木质材料的使用寿命。FRP增强木质复合材料的强重比比混凝土或钢筋要高得多。从材料和技术的角度而言，FRP增强木质材料表现出卓越的强度性能。5.4.2纤维增强聚合物纤维增强聚合基复合材料包扌舌用单向或多向纤维增强树脂基体所得的一系列复合材料。FRP复合材料沿着纤维排列方向力学性能最佳。与木材相比，FRPs具有很高的拉伸强度和刚度。当载荷加载到复合材料上时，纤维起

5、主要承载作用，树脂使载荷分散到结构中的所有纤维。起增强作用的纤维和树脂基体的复合较之单一•组分更为有用。将纤维在模具或薄板内单方向排列，这样得到的单向层板具有最人的强度和刚度。如果纤维是随机排列的，那么层板平面内各个方向上的性能相同。FRP复合材料的性能并不是其组分性能的简单叠加。树脂和纤维在性能上互补，多数树脂拉仲强度低，但是却具有很好的粘着性和延展性；细纤维具有很高的拉伸强度高却易于破坏。5.421增强用纤维当一种材料变形成纤维后，它的强度和刚度会比材料呈整体时的强度和刚度提高很多，这是由于分子沿纤维方向优先取向，和纤维的缺陷减少的原

6、因。增强用纤维的直径通常为3-20pm,与人们头发的直径相仿。它们可以是连续的细丝和不连续的纤维（碎纤维）。连续纤维是长纤维。非连续纤维，非连续纤维的纵横比对英增强的复合材料性能有显著彫响。由这些随机排列的短切纤维制得的FRPfi合材料在层板平面内几乎各向同性。与连续纤维复合材料相比,短切纤维复合材料强度较低，并且不能像连续增强物那样能有效的降低树脂基体的蠕变。然而，短切纤维在模压产品上获得良好的应用，因为短切纤维更易形成产品所需的轮廓形状。用于聚合物基体的纤维增强物主要有三种，玻璃纤维、碳/石墨纤维以及合成纤维（卡夫拉纤维、芳纶纤维）。

7、玻璃纤维玄武岩纤维碳/石墨纤维聚合纤维其它纤维如硼纤维和碳化硅纤维，也可用于纤维增强聚合物复合材料。5.4.2.2聚合物基体（树脂）聚合物基体通常占FRP复合材料的30—40%。基体的作用是将纤维粘接在一起，维持纤维的方向，在FRP复合材料使用时，在纤维之间传递载荷，并且承载横向和层间剪切应力。基体同时起到保护纤维免受环境影响和机械磨损的作用。基体控制FRP的蠕变性能。选择树脂的基本原则是综合考虑树脂的成本，性能和生产工艺。聚合物基体分为两种类型:热塑性和热固性。热塑性树脂能够通过反复加热和冷却在液态和固态之间改变形态，反之亦然。热塑性树

8、脂如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯等已被用于木纤维/聚合物复合材料一木塑的制造屮。这种材料用木纤维作为增强材料，热塑性树脂为基体。纤维增强树脂生产中大部分使用热固性树脂，因为它具备低粘度