7-第七章_织物增强复合材料的弹性特征解析
增强材料
● 沥青基碳纤维的性能
日本三菱化成公司Pitch－CF产品牌号及性能
美国Amoco公司Pitch－CF产品牌号及性能
21
拉伸强度高，～7GPa； 弹性模量～900GPa；
(5.2)、碳纤维的物理性能
密度小：1.5～2.0 g/cm3之间，石墨化程度越高，密度越大； 热膨胀系数小：轴向(-1.5～-0.5) ×10-6/K
耐热性：在不接触空气和氧化气氛时，惰性气氛中热稳定性 高(2000℃还能承载)，在空气中400℃开始下降；
耐油、抗放射、吸收有毒气体等
23
(6)、碳纤维的应用
做为高性能增强纤维，应用在各类复合材料中（PMC、 MMC、CMC和C/C），广泛应用于
航空航天、军事：航空器的主承力结构材料，如主翼、尾 翼、机体；C/C刹车片；防热及结构材料：火箭喷嘴、防热层； 卫星天线、太阳能翼片底板，等等；
热匹配（热膨胀系数）、互溶性等； 高化学稳定性 优良的性能再现性和一致性 增强材料的形状、尺寸 容易制造，性能/价格比。
对结构复合材料，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 增强体与基体相容性主要反映界面作用和影响。
9
二、纤 维（fiber）
重点介绍： 有机纤维：Kevlar纤维，聚乙烯纤维，尼龙 无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维、 Al2O3纤维
32
3、碳化硅(SiC)纤维（Silicon carbide fiber, SiCf） (1)、SiC纤维的制备
CVD(化学气相沉积)法
使用钨芯或碳芯采用CVD法制备出SiC纤维，美国Texton公司商品名SCS2、SCS-6、 SCS-8等，以及英国的Sigma11140+。该方法生产的碳化硅纤 维的密度为～3.5 g/cm3，性能高强、高模，抗拉强度为2.2～3.9GPa，模 量为415 GPa，直径为100、140m，柔软性也差。
《高分子物理》第七章-聚合物的力学性能
四、交联橡胶的统计理论
橡胶不交联，几乎没有使用价值，因此研究交联橡胶的高 弹形变具有重要的实际意义。
统计理论讨论的是橡胶弹性问题的核心——形变过程 中突出的熵效应，而忽略内能的贡献
定义两个有用的概念： 网链——已交联的分子链（交联点间的分子链） 网络——许多网链结合在一起，形成的结构
A. 高聚物的高弹性：是由于高聚物极大的分子量使得高分子链有许多不同 的构象，而构象的改变导致高分子链有其特有的柔顺性。链柔性在性能 上的表现就是高聚物的高弹性。它与一般材料的普弹性的差别就是因为 构象的改变；形变时构象熵减小，恢复时增加。内能在高弹性形变中不 起主要作用（它却是普弹形变的主要起因）
粘性：在外力作用下，分子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流 动形变可用牛顿定律来描述：应力与应变速率成正比
普弹性：大应力作用下，只产生小的、线性可逆形变，它是由化学键的 键长，键角变化引起的。与材料的内能变化有关：形变时内能增加，形 变恢复时，放出能量，对外做功（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷 均有这种性能），普弹性又称能弹性
量 泊淞比：
G＝ s F r A0tg
m m l l
横向单向单位宽度的 纵向单位宽度的增加
柔 拉伸柔量： 切变柔量：
量
D 1
E
J1 G
机械 强度
体积模量：
B P PV0 V
可压缩度：
1 B
3. 高聚物力学性能的特点
（1）高聚物材料具有所有已知材料可变性范围最宽的力学性质 ，包括从液体、软橡皮到很硬的固体，各种高聚物对于机械 应力的反应相差很大，例如：
织物复合材料的破坏与失效分析
织物复合材料的破坏与失效分析织物复合材料是由纤维和基体材料构成的一种强度高、刚度大的材料，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
然而，由于外界环境和使用条件的影响，复合材料在使用过程中可能会出现破坏和失效。
本文将对织物复合材料的破坏与失效进行分析，以期提供研究和应用上的指导。
一、织物复合材料的组成织物复合材料主要由纤维和基体材料组成。
纤维通常是高强度的连续纤维，如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
基体材料可以是热塑性树脂、热固性树脂或金属等。
纤维通过编织或织造技术形成织物，与基体材料相互结合形成织物复合材料。
二、织物复合材料的破坏机制织物复合材料的破坏机制可以分为拉伸、剪切、压缩和扭矩等方式。
在受力作用下，复合材料中的纤维可能会断裂、滑移或疲劳。
基体材料则可能发生脆性断裂或塑性变形。
破坏机制的发生与复合材料的组成、结构、受力方向和环境条件等因素密切相关。
三、拉伸破坏与失效分析拉伸是织物复合材料最常见的受力方式之一。
在拉伸过程中，纤维受到拉力，可能会发生断裂或滑移。
断裂的原因通常是纤维的强度不够或存在缺陷。
滑移则是由于纤维与基体材料之间的黏结力不足所致。
失效的原因可能是由于拉伸过载、温度变化或湿度变化等因素导致。
四、剪切破坏与失效分析剪切是织物复合材料受到剪应力时的一种常见受力方式。
在剪切加载下，纤维与基体材料之间的剪切应力可能会导致纤维滑移、断裂或脱层。
滑移是指纤维在剪切应力下相对于基体材料发生的相对移动。
断裂和脱层的发生通常与纤维强度、界面黏结强度和载荷水平等因素密切相关。
五、压缩破坏与失效分析压缩是织物复合材料受到压应力时的一种常见受力方式。
在压缩加载过程中，纤维和基体材料都可能发生压缩变形或脆性断裂。
纤维的压缩变形通常是由于材料的初始缺陷、纤维疏松度或纤维的强度不足所致。
而基体材料的脆性断裂可能是由于初始裂纹或材料的脆性本质引起。
六、扭矩破坏与失效分析扭矩是织物复合材料受到扭转力矩时的一种常见受力方式。
织物增强柔性复合材料的缺口敏感性
ｎ ｔ ｈ，ａ ｄ ｔ ｅ ｃｉｅ ｏ ｆｎ ｔｈ ｐ ｏ ｇ ｔ ｎ ｔｒ ｓ ｏｄ ｆｒ ｅ ｗｅ ｅ ａｓ ｉｃ ｓ ｅ ｏｃ ｎ ｈ ｒｔｒ ｎ ｏ ｏ ｃ ｒｐａ ａ ｉ ｈ ｅ ｈ ｌ ｏｃ ｒ ｌｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ． Ｆ ｒｔ ｅ ｅ ｔ ｒ ｅ ｋ ｎ ｓ ｏ ｉ ｏ ｏ ｈ ｓ ｈ ｅ ｉ ｄ ｆ ｎ ｔ ｈ ｔｐ ｓ ｈ ｏｃ ｅ ｓｔｖｔ ｎ ｏ ｃ ｏ ｈ ｅ ｓｗｅ ｅａ ｓ ｔ ｉｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｏｃ ｙ ｅ ，ｔｅ ｎ ｔｈ ｓ ｎ ｉ ｉ ａ ｄ ｎ ｔｈ ｔｕｇ ｎ ｓ ｒ ｌｏ ｓｕｄｅ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｙ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｓ
．
ｎ
．
（ ）Ｓ Ｎ ａ ｐｅ ；（ ）Ｄ Ｎ ａ ｐｅ ； ａ Ｅ Ｔ ｓｍ ｌ ｓ ｂ Ｅ Ｔ ｓｍ ｌ ｓ （ ）Ｃ Ｎ ａ ｐｅ ｃ Ｅ Ｔ ｓｍ ｌ ｓ
为增强 骨架 材 料 ， 面 涂 覆 Ｐ Ｃ制备 而成 。其 中， 双 Ｖ 涤 纶机织 物 以１ １ １ ｅ超低 收缩 聚酯 长丝 为经 纱 ， １ ． １ｔ ｘ 以直径 为０ ３ｍ ． ｍ聚酯 单 丝 为 纬纱 ， 物 经 、 向密 织 纬 度 为 １ ９根／ ｍ。成 品柔 性 复 合材 料 的 面密 度 及 ７× ｃ
性 复合 材料 的破坏 韧 性 进行 了评 价 ， 这 些研 究 但
均基于 单边 或 中心 切 口等单 一 形 式 切 口。基 于此 ， 本 文对 单边 切 口（ Ｅ Ｔ 、 边 切 口（ Ｅ Ｔ 及 中心 Ｓ Ｎ ）双 ＤＮ） 裂纹 型切 口（ Ｅ Ｔ 拉 伸 试 样 （ 文 简 称 切 口拉 伸 ＣＮ） 本 试 样 ） 不 同切 口深 度下 的拉伸 力 学性 能 进 行 了测 在
《航空工程材料及应用》电子教案 第七章 飞机结构中复合材料的应用
表 7-4 芳纶纤维主要力学性能参数
密度
拉伸强度
拉伸模量
/g/cm3
/GPa
/GPa
1.38
0.66
17.4
1.43~1.44
3.22
64.8
1.44
2.82
63.2
1.44
3.82
126.6
断裂伸长率 /% 22
1.43~1.44 3.6 2.4
二、聚合物基复合材料
2.组成
（2）树脂基体
树脂基体是聚合物基复合材料的重要组分，树脂基体的性能直接决定了
2）功能复合材料：主要使用功能特性，利用其在电、磁、声、光、热、 阻尼、烧蚀等方面的特殊性能。如压电功能复合材料、阻尼功能复合材料、 磁性复合材料等。
一、先进复合材料
3.复合材料的特点
与金属材料相比，飞机上采用复合材料，主要是因为先进复合材料具备 其独特的优点：
（1）高的比强度和比模量 （2）耐疲劳性能好 （3）安全性能好 （4）减震性好 （5）具有多种功能性：优良的导热、导电性能，热膨胀系数小、尺寸 稳定性好，耐磨性好，优良的耐腐蚀性能，良好的高温性能。
二、聚合物基复合材料
2.组成
（1）增强纤维
二、聚合物基复合材料
2.组成
（1）增强纤维
1）玻璃纤维
玻璃纤维的常见等级主要是“C”、“A”、“E”和“S”，代表玻璃纤维中的碱
金属含量， “A”代表普通，碱金属含量为15%，“C”代表中碱，碱金属含量
为11.5%~12%，“E”代表无碱，碱金属含量小于0.5%，“S”代表高强，碱金属
3）基体材料名称与增强体材料并用。 目前复合材料命名的主要形式为：“增强体”+“/”+“基体”+“复合材料”， 如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合 材料或玻璃纤维/环氧”。
织物增强对三明治型复合材料板材性能的影响分析
关键词 ：三明治型复合材料板 材 ，机 织间隔织物 ，压缩性能 ，弯曲性能 ，剪切性能 ，剥 离性 能
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３— ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８— ０ ０ ６ ０—０ ５
ｌ 前
言
本文 在织 制 平 面 织物 、 经 纱 连 接 三 维 间 隔机 织 物 基础上 ， 设计 加 工 出三 种不 同结 构 的 三 明 治 型 复
随着 技术 和经 济 的 发 展 ， 对质地轻、 强度高、 柔 韧性 好 的结 构 材料 的需求 不断增 长 ¨ Ｊ 。纺织 结构 作 为 增强件 的 复合 材料 很 好 地 满 足 了这 些 要 求 ， 因而 近 几十年 来有 了很 大 的发 展 ， 广泛应 用 于汽 车 、 电力 等 各领域 Ｊ 。间 隔织 物 是 一 种 整 ． １ ８ 收 稿 日期 ：
基金项 目： 省科技攻关项 目 （ １ ０ ２ １ ５ １ ０ ３ Ｄ）
作者简介 ： 柳 茵 茵 （ １ ９ ８ ９ 一 ） ，女 ，在读 研 究生 ， 主要 研 究 方 向为 复 合 材料 。 通讯作者 ： 贾立 霞 ，女 ，副教授 ，硕士研究生导师，ｊ ｉ ａ ｌ ｘ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
能、 剪切 性能 和剥离 性 能进行 测试 ， 并 对测 试结 果 进
行 对 比分析 ， 分 析探 讨 织 物 增 强对 复 合 材 料 的 性 能
影响。
ｐ ｏ ｅ ｓ ｔ 等最 早开 发 了间隔 织 物增 强件 ， 并单 独 对其 进 行 固化 复合 制成空 芯连 体结构 轻质 复合 材料 并 考察 了其 基 本力 学 特 性 ； 此 外 其他 一 些 学 者 还进 行 ， 但 对 间 隔织 物 作 为增 了力学 性能 及数 值 模 拟 、 冲击性 能 、 动 态力 学 性 能 、 疲 劳特 性等 方面 的研 究 强件再 在空 芯结 构 中填 充泡 沫制成 的三 明治型 复合
纤维增强防弹复合材料及应用
引言传统的防弹材料以金属和陶瓷为主，这类防弹板材的使用寿命长，但存在着一些缺点，例如质量比较重等。
新型防弹塑料作为高强度材料，它可用来制作防弹玻璃和防弹服，质量只有传统材料的1/5至1/7[1]。
这是一种经过特殊加工的塑料材料，与正常结构的塑料相比，具有超强的防弹性。
传统的防弹材料在被子弹击中后会出现受损变形，无法继续使用，但这种新型材料受到子弹冲击后，虽然暂时也会变形，但很快就会恢复原状并可继续使用[2，3]。
新型防弹塑料为纤维增强复合材料（FiberReinforced Polymer-FRP），不仅能防止弹头得侵彻，而且能吸收子弹得冲击能量，避免冲击能量造成得伤害。
1. 防弹材料的防弹标准新型防弹材料的防弹标准沿用的旧防弹材料的标准，大体上按防弹性能将防弹材料分为A和B两个类别。
根据GA165-2016，A类为弹头或弹片未穿透防弹材料，防弹材料背面有飞溅物，但没有穿透测试卡。
B类为弹头或弹片未穿透防弹材料，防弹材料背面无飞溅物[4]。
具体的防弹等级按枪弹类型、弹头标称质量（g）、枪弹初速（m/s）、弹头结构、弹头直径×弹头长度（mm）、适用枪型分为六个等级以及特殊枪械对应的特殊等级[5]，在此不做赘述。
2. 纤维复合材料的防弹机理最早的防弹材料多使用陶瓷、金属等材料，当子弹打到防弹材料上时，将弹体或弹片碎裂后形成的破片予以弹开[5]，但是弹头产生的巨大动纤维增强防弹复合材料及应用张忠峰王克俭*（北京化工大学机电工程学院）摘要：本文主要介绍了新型防弹复合材料的防弹原理、纤维增强防弹复合材料的进展及防弹塑料片材的应用。
关键词：防弹塑料纤维增强复合材料超高分子聚乙烯纤维Fiber Reinforced Bulletproof Composites and ApplicationsZhang Zhongfeng Wang Kejian*（College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology）Abstract：This paper mainly introduces the bulletproof principle of new bulletproof composite material，the progress of fiber reinforced bulletproof composite material and the application of bulletproof plasticsheet material.Keywords：bulletproof plastics fiber reinforced composites ultra-high molecular polyethylene fibers能无法消减，对被防护对象仍会造成一定的冲击。
纤维增强复合材料
纤维增强复合材料在工程结构中的应用一、FRP材料简介：纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer／plastic，简称FRP) 是由纤维材料与基体材料按一定定工艺复合形成的高性能新型材。
初期主要应用于航空、航天、国防等高科技领域，广泛应用于航天飞机、军舰、潜艇等军事装备上。
20世纪下半叶，随着FRP材料制造成本的降低，又因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，成为土木工程的一种新型结构材料。
目前，在土木工程中应用的FRP材料主要有碳纤维增强复合材料(cFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)三种。
近年来，PBO纤维和玄武岩纤维也开始应用于土建工程中，并取得了良好的效果。
目前，FRP材料在我国土木工程中应用最多的是用于结构加固补强。
FRP加固修复技术的研究和应用已在我国逐渐展开，且正在以高速度发展。
在新建工程结构中，FRP结构和FRP组合结构的应用也日益受到工程界的重视。
FRP材料在土木工程中的应用和研究已成为了一个新的热点。
二、FRP材料的优点：1、有很高的比强度，即通常所说的轻质高强，因此采用FRP材料可减轻结构自重。
在桥梁工程中，使用FRP结构或FRP组合结构作为上部结构可使桥梁的极限跨度大大增加。
理论上，用传统结构材料桥梁的极限跨度在5000 m以内，而上部结构使用FRP结构可达8000 m以上，有学者已经对主跨长达5000 m的FRP悬索桥进行了方案设计和结构分析E8]。
在建筑工程中，采用FRP材料的大跨空间结构体系的理论极限跨度要比传统材料结构大2～3倍，因此，FRP结构和FRP组合结构是获得超大跨度的重要途径。
在抗震结构中，FRP 材料的应用可以减轻结构自重，减小地震作用。
另外，FRP材料的应用也能使结构的耐疲劳性能显著提高。
2、有良好耐腐蚀性，FRP可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，这是传统结构材料难以比拟的。
在美国每年因钢材腐蚀造成的工程结构损失高达700亿美元，近1／6的桥梁因钢筋锈蚀而严重损坏；加拿大用于修复因老化损坏的工程结构的费用达490亿加元；我国目前因钢材锈蚀而造成的损失也在逐年增加。
复合材料2
第1章绪论1.复合材料的定义(Composition Materials , Composite)复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料=基体(连续相)+增强材料(分散相)分散相是以独立形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒或弥散的填料。
2.复合材料常见分类方法：1）按性能分：常用复合材料、先进复合材料2）按用途分：结构复合材料、功能复合材料3）按复合方式分：宏观复合、微观复合4）按基体材料分：聚合物基、金属基、无机非金属基5）按增强体形式分：纤维增强复合材料、颗粒增强、片材增强、叠层复合3.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？三个结构层次: 一次结构——单层材料——微观力学一次结构二次结构——层合体——宏观力学二次结构三次结构——产品结构——结构力学三次结构设计层次：单层材料设计、铺层设计、结构设计4.复合材料力学主要是在单层板和层合板这两个结构层次上展开的，其研究内容分为微观力学和宏观力学两部分。
第2章复合材料界面和优化设计1.复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观形式复合而成的多相材料。
2.复合材料界面机能：1）传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用2）阻断效应：适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用3）不连续效应：在界面上产生物理性能不连续性和界面摩擦现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等4）散热和吸收效应：5）诱导效应3.界面效应既与界面结合状态、形态和物理、化学性质等相关，也与界面两边组元材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
4.聚合物基复合材料是由增强体与聚合物基体复合而形成的材料。
聚合物基复合材料分类：热塑性、热固性聚合物基复合材料。
热塑性聚合物基复合材料成型两个阶段：①熔体与增强体之间接触和润湿②复合后体系冷却凝固成型。
第七章高弹性
图7-1 简单拉伸示意图
当材料发生较大变形时，材料的截面积将发生较大的 变化，这时计算应力应以真实截面积A代替A0。
工程应力
F A0
F 真应力 ' A l l0 1 工程应变 l0
真应变
l
l0
dl l ln l l0
简单剪切--A0
图7-2 简单剪切示意图
S f f T ( )T .V T ( ) L.V L T
说明橡胶拉伸时，内能几乎不变，主 要引起熵变，因此称高弹性为熵弹性。
第七章 高聚物的力学性质
主讲： 赵健教授 学时： 8-10
青岛科技大学
主要内容
第一节 第二节 高弹态高聚物的力学性质 高聚物的力学松弛—粘弾态
第三节
玻璃态和结晶态高聚物的力学性质
前言
正如高楼大厦的基石一般，高聚物材料的力学性质是 材料具有使用价值的基础。无论对于普通高聚物材料还是 对于功能和特种高分子材料，力学性质都是不可或缺的前 提。
1.改善高温耐老化性能，提高耐热性
硫化的橡胶具有交联的网状结构，除非分子链断 裂或交联链破坏，否则不会流动的，硫化橡 胶耐热性似乎是好的。 但实际硫化橡胶在120℃已难以保持其物理机械性 能，（天然橡胶，顺丁橡胶）170~180℃时 已失去使用价值，为什么呢？ 橡胶主链中含有大量双键，易被臭氧破坏而裂解， 双键旁的α次甲基上的氢容易被氧化而降解 或交联
无规 交替
3.降低聚合物结晶能力
Tg 很低，但由于规整 线型聚乙烯(PE)分子链很柔， 度高，所以结晶，聚乙烯难以当橡胶用； 引入体积较小的非极性取代基甲基来破坏其聚乙烯 分子链的规整性，从而破坏其结晶性，这就是乙 烯与丙烯聚橡胶 Tg =-60℃。（Ziegler-Natta) 通过破坏链的规整性来降低聚合物结晶能力，改善 了弹性但副作用是有损于强度。须兼顾强度。