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复合材料性能的特点主要表现在以下几个方面:
高比强度和高比模量:复合材料的强度和模量可以比单一材料有显著提高,因此在需要轻质高强度的结构应用中具有优势。
耐疲劳性高:复合材料中的增强纤维可以有效地阻止疲劳裂纹的扩展,提高了材料的耐疲劳性能。
减振性能强:复合材料具有高的比模量和阻尼特性,可以有效地减少振动和噪声。
耐热性高:一些复合材料可以在高温下保持较好的性能,适用于高温环境下的应用。
断裂安全性高:复合材料中的增强纤维可以分散载荷,避免瞬间丧失承载能力,提高了材料的安全性。
总的来说,复合材料可以综合各组成材料的优点,通过结构设计和工艺优化,获得优异的性能表现。
树脂好比钢筋混泥土中的水泥,也好比人体中的肌肉。纤维好比钢筋混泥土的钢筋,也好比人体中的骨骼。树脂是基体,纤维是骨架。在FRP中各自起着独立作用,但又不是孤立的,而是由于剪切变形造成的。
FRP的强度来于玻纤,不论是强度还是弹性模量,树脂比玻纤差得多,但是,FRP的弯曲、层间剪切及平行压缩度,在很大程度上又决定于树脂,对于拉伸强度,虽然取决于玻纤,但仍然不能忽视树脂的作用。
至于树脂的作用,大致有三个方面:
1.粘结作用:树脂不同,粘结力也不同,如环氧树脂有多种极性基团,特别是环氧基与玻璃可能一化学键连接,这是环氧的优势;聚酯树脂浸润性好的优势,而且交联点多;而酚醛树脂却以交联密度大的优势来弥补自身的不足。在FRP中,不希望纤维互相接触,最好呈分散状才能起骨架作用。纤维和树脂的粘结作用在单向FRP中,当受力方向与纤维方向垂直时,强度与纤维含量关系不大,而与树脂本身以及树脂与纤维粘结有关。
2.传递载荷与均衡载荷的作用:玻纤有很高的抗拉承载能力,但一束纤维不能成为构件,只有做成FRP后才能当构件使用。树脂把载荷传递给纤维,于是上层纤维受压,下层纤维受拉,中间部分受剪。而这剪应力要由树脂来承受。当然FRP的层间剪切强度是低的,约为拉伸强度的1/10,树脂不仅传递载荷还起着均衡载荷的作用,如有少数未起承载作用的纤维存在时,树脂将最大限度地把载荷传递给它,均衡地分布到凡能承载的纤维身上。但是由于纤维在生产过程中会造成种种缺陷,因此,实际上纤维从未达到其理论强度。
3.树脂本身特性的作用:树脂品种不同,作用也不同,这就要求有选择性地使用,如环氧的强度比聚酯和酚醛高。同样是聚酯,性能也不同,有刚性的,有柔性的195号透光、DAP透电磁波、197号耐腐等。在玻纤当中,无碱比中碱强度高、耐热。高强纤维又比无碱纤维强度高等。
树脂基复合材料的刚度和强度,及其力学性能是复合材料玻璃钢制品使用中最关键的地方。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点,用于承力结构的树脂基复合材料玻璃钢盖板 玻璃钢造型等玻璃钢产品利用的是它的这种优良的力学性能,而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料,在制造和使用过程中,也必须考虑其力学性能,以保证玻璃钢产品的质量和使用寿命。
怎么增强树脂基复合材料的刚度? 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明,对于宏观均匀的树脂基复合材料,弹性特性复合是一种混合效应,表现为各种形式的混合律,它是组分材料刚性在某种意义上的平均,界面缺陷对它作用不是明显。由于制造工艺、随机因素的影响,在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性,残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。
此外,纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言,树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构,基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形,使得刚度分析变得复杂。另一方面,也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计,进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计,以适应不同场合的应用要求。
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