树脂基复合材料课件(二).ppt

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1、第二部分树脂基复合材料2011年10月主要学习的内容：第一章导论第二章复合材料的增强原理第三章树脂基复合材料界面第四章复合材料的复合效应第五章树脂基复合材料成型方法树脂基复合材料第二章复合材料的增强原理2.1概述1.复合材料构成增强材料基体材料界面作用：承载或增强要求：高强度、高模量通常增强体的体积分数、与基体的复合性能等对复合材料的整体性能影响较大。作用：粘结、固定、保护增强体要求：粘结性、工艺性、低毒价廉通过界面将载荷传递给增强材料，并使载荷均匀。增强体，基体和界面共同作用，可以改变复合材料的韧性、抗疲劳性能、抗蠕变性能、抗冲击性能及其他性能。作用：将基体的应力传递到增强体上要求：基体和增

2、强体通过界面发生结合但结合力的大小要适当，既不能过大，也不能太小，结合力过大会使复合材料韧性下降，结合力过小，起不到传递应力的作用，容易在界面处开裂。第二章复合材料的增强原理2.1概述2.增强原理分类弥散增强粒子增强纤维增强主要针对金属基体，加入硬质颗粒如A12O3，TiC，SiC等，其粒径为0.01～0.1μm左右，这些弥散于金属或合金中的颗粒，可以有效的阻止位错的运动，起到显著的强化作用，但基体仍是承受载荷的主体。SiC/Al基复合材料TiC/Mg基复合材料第二章复合材料的增强原理2.1概述2.增强原理分类弥散增强粒子增强纤维增强在基体中加入直径为1～50μm的硬质颗粒，粒子可承担部分载荷

3、。但基体承担主要载荷。微粒以机械约束的方式限制基体变形。粒径适当搭配并均匀分布，从而起到有效的强化。第二章复合材料的增强原理2.1概述2.增强原理分类弥散增强粒子增强纤维增强①连续纤维增强可用混合定则来解释，载荷和模量主要由纤维起作用。由于纤维强度和模量远高于基体，并大于纤维临界体积分数，故起到增强作用，界面结合要适中。②短纤维和晶须增强复合材料中纤维长度应大于临界长度，或长径比应大于临界值。纤维是强度和模量的主要贡献者，由于纤维强度和模量远高于基体，界面结合要适中。第二章复合材料的增强原理2.2弥散增强原理阻止基体位错运动，使得抗蠕变性能提高。—“位错绕过机制”，即位错线绕过颗粒，所需的剪切

4、力等于复合材料屈服强度。位错绕过机制第二章复合材料的增强原理2.2弥散增强原理根据位错绕过机制，复合材料发生塑性变形时，剪应力=复合材料的屈服强度，得：τ=Gmb/Dp式中：τ—剪应力；Gm—剪切模量(m,基体)；b—柏氏矢量；Dp—颗粒间距。基体理论断裂强度约为：基体理论屈服强度约为：Gm/30Gm/100(2.1)将二者代入(2.1)式，得Dpmin=0.01μm作为位错运动需要剪切应力的上限作为位错运动需要剪切应力的下限Dpmax=0.3μm第二章复合材料的增强原理2.2弥散增强原理又根据体视金相学，质点弥散分布时，质点直径dp，体积分数φp有以下关系:Dp=(dp2/φp)1/2(1-

5、φp)23(2.2)将(2.2)式代入(2.1)式，得复合材料的屈服强度为:τp=Gmb/[(dp2/φp)1/2(1-φp)]23(2.3)由(2.3)式可知：若Gm↑→τp↑、dp↓,φp↑→τp↑一般：体积分数φp=0.01～0.15，dp=0.01～0.1μm第二章复合材料的增强原理2.3粒子增强原理与弥散不同，弥散的粒子只能增强，而粒子增强的粒子可承载。1.增强金属基体粒子尺寸与弥散增强不同，粒子承担部分载荷，主要为基体承载一般：体积分数φp=0.05～0.5，dp=1～50μm，Dp=1～25μm粒子通过约束基体变形达到强化的目的。第二章复合材料的增强原理2.3粒子增强原理2.增强

6、聚合物基体粒子(填料)：硅酸盐、碳酸盐等——强极性强极性聚合物/无机填料→结合力↑→强化热固性树脂交联密度高、性脆→用无机填料改善与强化热塑性树脂无极性(如PE、PP)→结合力↓、冲击强度↓为增强结合力采用偶联剂处理第二章复合材料的增强原理2.3粒子增强原理3.粒子增强复合材料弹性模量在一定范围内，φp↑—Ec增大不多，φp增大到很难达到含量时，Ec↑↑φp连续纤维增强粒子增强第二章复合材料的增强原理2.3粒子增强原理4.粒子增强复合材料强度基体为晶体材料大粒子位于基体中，位错不能绕过粒子，位错滑移到界面处受阻塞积，界面上产生应力集中。应力集中σi基体m位错塞积第二章复合材料的增强原理2.3粒

7、子增强原理4.粒子增强复合材料强度基体为晶体材料大粒子位于基体中，位错不能绕过粒子，位错滑移到界面处受阻塞积，界面上产生应力集中。位错应力为：σi=nσ式中：n—塞积的位错数；σ—平均应力。根据位错理论：n=σDp/Gmb第二章复合材料的增强原理2.3粒子增强原理4.粒子增强复合材料强度基体为晶体材料大粒子位于基体中，位错不能绕过粒子，位错滑移到界面处受阻塞积，界面上产生应力集中。粒子理论破坏应力