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高性能环氧复合材料优势明显

时间: 2011-07-25 04:33 来源: 作者: 点击:
高性能在国外称为先进复合材料(Advanced Composites),也称为现代复合材料。它是适应航空、航天、军工等高科技领域的需要而发展起来的一种高性能复合材料,用作受力结构件可解决单一材料无法解决的技术难关,已成为制造飞机、导弹、火箭、卫星及航天飞机的关键性材料,可以说没有高性能复合材料就没有现代的高性能飞机、导弹、火箭、卫星和航天飞机。而高性能环氧树脂复合材料就是其中的重要一种。

环氧树脂高性能复合材料在应用中具有非常明显的优势,主要体现在以在几个方面:一是充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点,实现了在更高层次上的材料可设计性,按受力状态铺层从而合理地、有效地使用了原材料的性能,减轻了制品的重量,得到非常高的比强度和比模量;二是通过精心设计和细心制作,高度实现了材料的复合效应,从而充分发挥了各组成材料的潜在能力,获得了原材料所没有的优异性能和新用途如耦合效应是复合材料的独特性能,合理地利用其可耦合的弯曲扭转变形则能克服飞机在高速度飞行时产生的气动弹性问题,从而使前掠翼布局得以实现;三是耐疲劳性和减振性优异,即使在已有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下的扩展,这是高性能复合材料在航空、航天领域广泛应用的又一重要原因;四是材料设计和结构设计,材料成型和构件成型是同时一次完成、不可分开的,制得的产品既是复合材料也是复合材料结构件;五是由于上述特点,所以高性能复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑,并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。

为了获得高性能复合材料,不仅应对复合材料的力学性能进行宏观力学和宏观断裂力学的分析,而且还应进行细观力学和细观断裂力学的分析。宏观分析为结构设计提供了数据和依据,但是它不能从理论上说明材料具有这些力学性能的原因,不能确切地判断在材料设计和制备时影响材料性能的因素,不能了解复合材料断裂过程中各组分材料的性能对裂纹的引发、扩展和失稳扩展的影响和抑制作用,不能提供设计材料和开发新材料的理论基础,不能实现设计材料的目的。为了解决上述“不能”,通过材料设计使之达到预定的宏观性能,必须从细观上了解各组分材料的结构和性能在复合材料的平均力学性能中起什么作用,掌握组分材料的形态、性能、含量、配置等对复合材料中裂纹的引发、扩展及失稳扩展的影响及规律,为结构设计和破损安全特性提供可靠的判据,也为材料的设计、制造、加工及新材料的研制提供理论依据。也就是要进行细观力学和细观断裂力学分析。

为了确保高性能复合材料的质量,在每道工序和环节中都有严格的质量监控和保障措施。高性能环氧复合材料采用的增强材料主要是碳纤维(CF)以及CF和芳纶纤维(K-49)或高强玻璃纤维(S-GF)的混杂纤维,所用基体材料环氧树脂约占高性能复合材料树脂用量的90%左右。(end)

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