聚合物复合材料性能.pdf

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1、玻璃钢2008年第1期聚合物复合材料性能周祝林叶进峰许皓郑忠星羊慧芳（浙江电力成套控股集团公司）聚合物复合材料性能的最突出特点是性能可设计性和各向异性。可以选择不同聚合物和增强材料，以及不同的配方、成型工艺等达到不同的性能。可以采用增强纤维及织物，按不同的铺设方法达到各向不同的性能，从而达到产品设计目的。聚合物复合材料的性能，在常温常态下也称常规性能，可分为基本力学性能和理化性能。基本力学性能主要指拉伸、弯曲、压缩、剪切、冲击性能。理化性能主要指密度、巴氏硬度、固化度、树脂含量、负荷热变形温度、热导率、电阻

2、率、线热膨胀系数、耐水性等。另还有特殊性能，如蠕变、疲劳、高低温、热、电、声、耐化学腐蚀、燃烧性、大气老化等性能。1基本力学性能聚合物复合材料是轻质高强的现代材料，其力学性能，特别是增强纤维方向的拉伸强度比较高，大于一般金属材料。聚合物复合材料力学性能主要取决于增强材料性能、状态（纤维、织物）、方向，也取决于聚合物性能及成型工艺。1.1拉伸性能拉伸性能包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进行产品设计及检验。对于不同的聚合物

3、复合材料，拉伸性能试验方法是不同。对于普通的，用国标GB/T1447进行测试；对于缠绕成型的，用国标GB/T1458进行测试；对于定向纤维增强的，用国标GB/T33541进行测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1进行测试。使用最多的是GB/T1447。国标GB/T1447，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带R型、直条型及哑铃型。使用拉伸试验机或万能试验机按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。从测出的应力——应变曲线的直线段

4、的斜率则为弹性模量，试样横向应变与纵向应变比为泊松比。破坏时的应变称为断裂伸长率。2单位面积上的力，称为应力，通常用MPa（兆帕）表示，1MPa相当于1N/mm的应力。应变是单位长度的伸长量，是没有量刚（单位）的。·13·不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：1：1玻璃钢，拉伸强度为（200-250）MPa，弹性模量为（10-14）GPa；4：1玻璃钢，拉伸强度为（250-350）MPa，弹性模量为（15-22）GPa；单向纤维的玻璃钢（如缠绕），拉伸强度大于800MPa，弹性模

5、量大于24GPa；SMC材料，拉伸强度为（40-80）MPa，弹性模量为（5-8）GPa；DMC材料，拉伸强度为（20-60）MPa，弹性模量为（4-6）GPa。1.2弯曲性能一般产品普遍存在弯曲载荷，弯曲性能是很重要的。同时，往往用弯曲性能来进行原材料、成型工艺参数、产品使用条件因素等的选择。弯曲性能，一般采用国标GB/T1449进行测试；对于拉挤材料，用国标GB/T13096.2进行测试；对于单向纤维增强的，用国标GB/T3356进行测试。测试弯曲性能的试样一般是矩形截面积的长条，简称为矩形梁。采用当中

6、加载的三点弯曲法。梁的横截面的上表面承压缩应力，梁下表面承受拉伸应力，横截面积上还要承受剪切应力，中性层剪应力最大，因此梁所承受弯曲时，其应力状态是很复杂的，破坏形色也是多种的。原材料品种、性能及成型工艺参数对弯曲性能很敏感，试验方法和试样尺寸同样也很敏感，为了达到材料弯曲破坏，国标对试样的跨（跨度或支距）高（试样厚度）比（l/h）有一定要求，一般要求l/h≥16，对于单向纤维增强的材料，要求l/h≥32。由于弯曲性能的复杂性及对各因素的敏感性，对于上述不同材料的弯曲性能，或大于1.1节中拉伸性能，或小于1

7、.1节中的拉伸性能。在正常成型工艺情况下，一般弯曲强度略大于拉伸强度，弯曲弹性模量略小于拉伸弹性模量。1.3压缩性能增强纤维或织物，只能承受很大的拉伸力，其本身很柔软，是不能承受压缩力的，当聚合物复合材料承受压缩载荷时，是靠聚合物基体把增强纤维或织物粘结成整体后才能承受。因此，聚合物复合材料的压缩性能与聚合物的品种、性能、成型工艺、二者的界面等的关系很密切，同一种复合材料的压缩性能变化也很大。一般高温高压成型的压缩性能要高，有的甚至于高于拉伸性能。一般情况弹性模量，压缩的与拉伸的相差的极小，压缩强度略比拉伸

8、强度低，特别是室温固化，成型工艺质量欠佳的材料，压缩强度要比拉伸强度低得多。压缩性能，一般用国标GB/T1448进行测试。标准试样为30×10×10（mm）棱型或35×10×10（mm）园柱型。要求两端面相互平行，不平行度应小于试样高度的0.1%，否则，试验本身对测试结果也有不良影响。当产品的壁厚较薄时，不能按GB/T1448进行测试，应用GB/T5258测试,试样厚度可以按产品实际厚度，这个试验方法的夹具是比较