导图社区 P019 第一章 复合材料
2020年造价工程师安装计量教材思维导图
编辑于2020-02-16 10:12:47三、复合材料
(一)复合材料组成、分类和特点
1.复合材料的组成
基体相
基体相起黏结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用, 基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成,在承载中, 基体相承受应力作用的比例不大;
增强相
增强相是主要承载相,并起着提高强度(或韧性)的作用,增强相的形态各异,有纤维状、细粒状和片状等。
2.复合材料的分类
按基体材料类型划分
有机材料基复合材料
高分子基复合材料
树脂基复合材料
热固性树脂 基复合材料
不饱和聚酯树脂基复合材料
环氧树脂基复合材料
酚醛树脂基复合材料
聚氨酯树脂基复合材料
有机硅树脂基复合材料
热塑性树脂 基复合材料
聚丙烯基复合材料
聚四氯乙烯基复合材料
橡胶基复合材料
木质基复合材料
无机非金属材料基复合材料
陶瓷基复合材料
玻璃基复合材料
玻璃陶瓷基复合材料
水泥基复合材料
碳基复合材料
金属基复合材料
按增强体类型划分
颗粒增强型复合材料
纤维增强型复合材料
板状增强型复合材料
按用途划分
结构复合材料
功能复合材料
按增强纤维类型划分
碳纤维复合材料
玻璃纤维复合材料
有机纤维复合材料
复合纤维复合材料
混杂纤维复合材料
3.复合材料的特点
(1)高比强度和高比模量(突出优点)。
如碳纤维增强树脂复合材料的比模量比钢和铝合金高五倍,其比强度也高三倍以上。
(2)耐疲劳性高 。
纤维复合材料,特别是树脂基复合材料对缺口、应力集中敏感性小,而且纤维和基体的界面可以使扩展裂纹尖端变钝或改变方向,即阻止了裂纹的迅速扩展,因而疲劳强度较高,碳纤维不饱和聚酯树脂复合材料疲劳极限可达其拉伸强度的70%~80%,而金属材料只有40%~50%。
(3)抗断裂能力强。
(4)减振性能好。
结构的自振频率与结构本身的质量和l形状有关,并与材料比模量的平方根成正比。
(5)高温性能好,抗蠕变能力强。
(6)耐腐蚀性好。
(7)较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性。
(二)复合材料基体
(1)树脂基体。
热塑性树脂
通用型仅能作为非结构材料使用,产量大、价格低,但性能一般, 主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。
工程型树脂可作为结构材料使用,通常在特殊的环境中使用。一般具有优良的机械性能、耐磨性能、尺寸稳定性、耐热性能和耐腐蚀性能。 主要品种有聚酰胺、聚甲醛和聚苯醚等。
(2)金属基体。
颗粒增强、短纤维
晶须增强、连续纤维
薄片增强
金属合金材料属性
铝合金具有低的密度和优异的强度、韧性和抗腐蚀性能。
钛合金具有高比强度和高比模量,以及优良的抗氧化和抗腐蚀性能。 如钛合金可用于化工方面的喷气发动机(涡轮机和压气机叶片)和机身部件等。
铸造镁合金用于电子设备等。
铜在复合材料中的主要用途之一是作为铌基超导体的基体材料。
镍铝化合物等可提高复合材料的韧性。
(3)陶瓷基体。
氧化物陶瓷基体
氧化铝陶瓷基体
氧化锆陶瓷基体
非氧化物陶瓷基体
氮化硅陶瓷基体
氮化铝陶瓷基体
碳化硅陶瓷基体
石英玻璃
(三)复合材料增强体
(1)纤维增强体。
按其组成划分
无机纤维增强体
无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及碳化硅纤维等;
有机纤维增强体
有机纤维包括芳纶、尼龙纤维和聚烯烃纤维等。
按其性能划分
高性能纤维增强体
碳纤维、芳纶、全芳香族聚酯
一般纤维增强体
玻璃纤维、石棉纤维、矿物纤维、棉纤维、亚麻纤维和合成纤维
(2)颗粒增强体。
(3)片状增强体。
云母
(四)复合材料应用
(1)玻璃纤维增强聚酰胺复合材料的刚度、强度和减摩性好,可制造轴承、轴承架和齿轮等精密机械零件,还可以制造电正部件等。 玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的强度、耐热性和抗蠕变性能好,耐水性优良,可用来制造干燥器亮体等。
(2)碳纤维增强酚醛树脂-聚四氟乙烯复合材料,常用作各种机器中的齿轮、轴承等受载磨损零件,活塞、密封圈等受摩擦件,也用作化工零件和容器等。 碳纤维复合材料还可用于高温技术领域、化工和热核反应装置中。
(3)石墨纤维增强铝基复合材料,可用于结构材料,制作涡轮发动机的压气叶片等。
(4)合金纤维增强的镍基合金,用于制造涡轮叶片,在可承受较高工作温度的同时.还可大大提高承载能力 。
(5)颗粒增强的铝基复合材料主要优点是生产工艺简单.用该材料制造的发动机活塞使用寿命大大提高。
(6)塑料一钢复合材料 。
1)化学稳定性好,耐酸、碱、油及醇类的侵蚀,耐水性也好;
2)塑料与钢材间的剥离强度≥20MPa;
3)深冲加工时不剥离,冷弯120°不分离开裂(d=0);
4)绝缘性能和耐磨性能良好;
5)具有低碳钢的冷加工性能;
6)在-10~60℃之间可长期使用,短时间使用可耐120℃。
(7)塑料-青铜-钢材三层复合材料适用于尺寸精度要求高、无油或少油润滑的轴承、垫片、球座、涡轮叶片轴承、各种机车车辆和矿山机械轴承等。
(8)塑料-铝合金耐压、抗破裂性能好、质量轻,具有一定的弹性、耐温性能好、防紫外线、抗热老化能力强、耐腐蚀性优异,常温下不溶于任何溶剂,且隔氧、隔磁、抗静电、抗音频干扰。