复合材料中以纤维增强材料应用广、用量i大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到热膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合, 使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导i弹和原子能反应堆中。为了取得较高的表面质量,好注塑时使用模温机加热模具,使得塑料高分子进入制品表面,但不能达到纯塑料的外观质量。非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
碳纤维碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测,土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间,宇航用碳纤维的年增长率估计为31%,而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。中国的碳纤维总体水平还比较低,相当于国外七十年代中、末期水平,与国外差距达20年左右。玻纤增强PP产品工艺生产增强PP产品时,玻纤很难剪断,并且与所用的玻纤有关。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
复合材料特性:
1、复合材料的抗i疲劳性能良好。一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40~50%,而某些复合材料可高达70~80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始,逐渐扩展到纤维和基体的界面上,没有突发性的变化。因此,复合材料在破坏前有预兆,可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性,生物环境下稳定性好,也用作生物医学材料。用复合材料制成的直升飞机旋翼,其疲劳寿命比用金属的长数倍。
2、复合材料的减振性能良好。纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大,因此具有较好的减振性能。用同形状和同大小的两种粱分别作振动试验,碳纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属粱要短得多。
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复合材料的作用和性能:
复合材料与传统材料相比,具有比强度高、质量轻、比模量高、抗i疲劳性能好及减振性能好等诸多优点。复合材料的各个组成材料在性能上起协同作用,具有单一材料无法比拟的***综合性能。
在汽车工业中的复合材料设计应注意3个原则:
1)比强度高和比刚度高;
2)材料与环境相适应;
3)***。另外,在设计车身时,有一些经验方法,如:在应力高的区域适用碳纤维复合材料;在对韧性和刚度要求比较高的区域使用三合板复合材料;在几何形状复杂的区域可以使用层合板。
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