理论教育 复合材料的增强机制和设计原则

复合材料的增强机制和设计原则

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:复合材料的增强相主要有粒子和纤维两种形态,增强相的形态不一样,增强机制和复合原则也不相同,下面简单说明。

复合材料的增强机制和设计原则

复合材料的增强相主要有粒子和纤维两种形态,增强相的形态不一样,增强机制和复合原则也不相同,下面简单说明。

9.3.4.1 颗粒增强机制和复合原则

在颗粒增强复合材料中,基体承受主要荷载,而颗粒在金属基体中的作用是阻碍位错运动,在高聚物基体中的作用是阻碍分子链运动,使变形抗力增大,从而提高复合体材料的强度。

针对粒子增强的机制,对基体和增强粒子有如下要求:

(1)颗粒应高度弥散均匀地分散在基体中,使其能有效地阻碍位错运动或分子链的运动。

(2)颗粒的大小要合适。颗粒过大,容易引起应力集中或本身破碎导致材料的强度降低,颗粒太小,又起不到大的强化作用。

(3)颗粒的体积含量一般应大于 20%,数量太少,达不到最佳的强化效果。

(4)颗粒与基体之间应有一定的结合强度。

9.3.4.2 纤维增强机制和复合原则(www.daowen.com)

在纤维增强复合材料中,承受荷载的主要是纤维,而相对于纤维而言,基体强度和模量低很多,基体的作用是把纤维黏结为整体,使之能协调工作,分配纤维间的荷载,并使荷载均衡,同时保护纤维免受各种损伤。

根据纤维增强的机制,对基体和纤维有如下要求:

(1)纤维的强度和弹性模量一定要高于基体,即纤维应有高强度和高模量,而基体应有一定的塑性和韧性。

(2)纤维和基体之间应有适当的结合强度。

(3)纤维与基体的热膨胀系数相差不能太大,否则在热胀冷缩的过程中会削弱它们之间的结合强度。

(4)纤维与基体不能发生有害的化学反应,否则会引起纤维性能降低,影响强化效果。

(5)纤维的含量、尺寸和分布要合适。纤维合适的含量一般为 40%~70%,纤维的直径越小,纤维的强度越高,连续纤维的增强作用大于短纤维的作用,短纤维必须大于一定的长度才能显示较好的增强效果。

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