聚合物復合材料性能解釋
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- 發布時間：2012-12-07
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【概要描述】1.1 拉伸性能 拉伸性能包括拉伸強度，彈性模量、泊松比、斷裂伸長率等。對于如高壓容器、高壓管、葉片等產品，必須要測出聚合物復合材料的拉伸性能，才能進行產品設計及檢驗。對于不同的聚合物復合材料，拉伸性能試驗方法是不同。對于普通的，用國標GB/T1447進行測試;對于纏繞成型的，用國標GB/T1458進行測試;對于定向纖維增強的，用國標GB/T33541進行測試;對于拉擠成型的，用國標GB/T13
聚合物復合材料性能解釋
【概要描述】1.1 拉伸性能 拉伸性能包括拉伸強度，彈性模量、泊松比、斷裂伸長率等。對于如高壓容器、高壓管、葉片等產品，必須要測出聚合物復合材料的拉伸性能，才能進行產品設計及檢驗。對于不同的聚合物復合材料，拉伸性能試驗方法是不同。對于普通的，用國標GB/T1447進行測試;對于纏繞成型的，用國標GB/T1458進行測試;對于定向纖維增強的，用國標GB/T33541進行測試;對于拉擠成型的，用國標GB/T13
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1.1 拉伸性能 拉伸性能包括拉伸強度，彈性模量、泊松比、斷裂伸長率等。對于如高壓容器、高壓管、葉片等產品，要測出聚合物復合材料的拉伸性能，才能進行產品設計及檢驗。
對于不同的聚合物復合材料，拉伸性能試驗方法是不同。對于普通的，用國標GB/T1447進行測試;對于纏繞成型的，用國標GB/T1458進行測試;對于定向纖維增強的，用國標GB/T33541進行測試;對于拉擠成型的，用國標GB/T13096-1進行測試。使用多的是GB/T1447。 國標GB/T1447，對于不同成型工藝復合材料，又規定不同形狀的拉伸試樣，有帶R型、直條型及啞鈴型。使用拉伸試驗機或試驗按規定的加載速度對試樣施加拉伸載荷直到試樣破壞。用破壞載荷除以試樣橫截面面積則為拉伸強度。從測出的應力----應變曲線的直線段的斜率則為彈性模量，試樣橫向應變與縱向應變比為泊松比。破壞時的應變稱為斷裂伸長率。 單位面積上的力，稱為應力，通常用MPa(兆帕)表示，1MPa相當于1N/mm2的應力。應變是單位長度的伸長量，是沒有量剛(單位)的。 不同的現代復合材料其拉伸性能大不一樣，以玻璃纖維增強的玻璃鋼為例：1：1玻璃鋼，拉伸強度為(200-250)MPa，彈性模量為(10-16)GPa;4：1玻璃鋼，拉伸強度為(250-350)MPa，彈性模量為(15-22)GPa;單向纖維的玻璃鋼(如纏繞)，拉伸強度大于800MPa，彈性模量大于24GPa;SMC材料，拉伸強度為(40-80)MPa，彈性模量為(5-8)GPa;DMC材料，拉伸強度為(20-60)MPa，彈性模量為(4-6)GPa。
1.2 彎曲性能 一般產品普遍存在彎曲載荷，彎曲性能是很重要的，同時，往往用彎曲性能來進行原材料，成型工藝參數，產品使用條件因素等的選擇。 彎曲性能，一般采用國標GB/T1449進行測試;對于拉擠材料，用國標GB/T13096.2進行測試;對于單向纖維增強的，用國標GB/T3356進行測試。測試彎曲性能的試樣一般是矩形截面積的長條，簡稱為矩形梁。采用當中加載的三點彎曲法。梁的橫截面的上表面承壓縮應力，梁下表面承受拉伸應力，橫截面積上還要承受剪切應力，中性層剪應力很大，因此梁所承受彎曲時，其應力狀態是很復雜的，破壞形式也是多種的。原材料品種、性能及成型工藝參數對彎曲性能很敏感，試驗方法和試樣尺寸同樣也很敏感，為了達到材料彎曲破壞，國標對試樣的跨(跨度或支距)高(試樣厚度)比(l/h)有要求，一般要求l/h≥16，對于單向纖維增強的材料，要求l/h≥32。由于彎曲性能的復雜性及對各因素的敏感性，對于上述不同材料的彎曲性能，或大于1.1節中拉伸性能，或小于1.1節中的拉伸性能。在正常成型工藝情況下，一般彎曲強度略大于拉伸強度，彎曲彈性模量略小于拉伸彈性模量。
1.3 壓縮性能 增強纖維或織物，只能承受很大的拉伸力，其本身很柔軟，是不能承受壓縮力的，當聚合物復合材料承受壓縮載荷時，是靠聚合物基體把增強纖維或織物粘結成整體時才能承受。因此，聚合物復合材料的壓縮性能與聚合物的品種、性能、成型工藝、二者的界面等的關系很密切，同一種復合材料的壓縮性能變化也很大。一般高溫高壓成型的壓縮性能要高，有的甚至于高于拉伸性能。一般情況彈性模量，壓縮的與拉伸的相差的很小，壓縮強度略比拉伸強度低，是室溫固化，成型工藝質量欠佳的材料，壓縮強度要比拉伸強度低得多。 壓縮性能，一般用國標GB/T1448進行測試。標準試樣為30×10×10(mm)棱型或35×10×10(mm)園柱型。要求兩端面相互平行，不平行度應小于試樣高度的0.1%，否則，試驗本身對測試結果也有不良影響。 當產品的壁厚較薄時，不能按GB/T1448進行測試，應用GB/T5258測試,試樣厚度可以按產品實際厚度，這個試驗方法的夾具是比較科學的。
1.4 剪切性能 由于聚合物復合材料的層狀結構特點，產品在使用中，在不同受力條件下，在不同部位存在三種剪切性能，為面內剪切，層間剪切和斷紋剪切。
如工字梁腹板，在工字梁承受彎曲時，腹板就是承受面內剪切。對于面內剪切性能，用國標GB/T3355進行測試。該方法用45°方向的拉伸試驗測出復合材料縱橫剪切性能，包括剪切強度和剪切模量。試驗方法與普通拉伸性能一樣，僅要測出縱向和橫向變形，如同拉伸試驗測泊松比一樣。計算公式不一樣，計算結果是縱橫剪切強度和模量。對于層間剪切性能，有兩個測試方法：①國標GB/T1450.1;②國標GB/T3357。方法①要求試樣較厚為15mm，要試樣，往往與產品實際情況有別差。方法②可以按產品實際厚度取樣，較方便，但對于較接近各向同性，或層間剪切強度較大的，唯以測準。方法①②僅只能側出層間強度。要測出層間剪切模量可以參考GB/T1456的原理進行測試，已有大量試驗說明，此原理可以測出復合材料的的層間剪切模量。
對于拉擠材料，可以用GB/T13096.3和13096.4測出剪切強度。 用國標B/T1450.2測出來的是復合材料斷紋剪切強度。
縱橫剪切強度為(40-80)MPa，縱橫剪切模量為(2-4)MPa;層間剪切強度為(10-50)MPa，剪切模量為(0.2-2)GPa;斷紋剪切強度為(80-100)MPa。
1.7 沖擊性能 當產品經受動載荷時、需要材料的沖擊強度(韌性)性能指標,沖擊強度高低也說明材料的韌性性能,是選材的性能指標之一。 沖擊強度用國標GB/T1451進行測試。國標規定標準試樣尺寸，當試樣尺寸，是試樣厚度小于標準尺寸時，測出來的沖擊強度要偏小。沖擊強度除與材料品種、性能有關外，還與試樣厚度有關，一般試樣厚，測出來的沖擊強度高。一般情況下，沖擊強度為：1：1玻璃鋼，(100-300)kJ/m2;4：1玻璃鋼，(200-600)kJ/m2;SMC，(20-60)KJ/m2;DMC，(10-30)KJ/m2;拉擠材料，(300-650)KJ/m2。
1.8 性能的方向性 纖維增強復合材料，其力學性能有方向性、拉伸強度、模量，彎曲強度、模量，壓縮強度、模量沿纖維方向的很大，與纖維方向成45°方向的很小，拉伸性能很明顯，無壓成型的壓縮性能，方向性程度要低一些。面內剪切強度、模量、泊松比、沖擊強度，與上相反，45°方向很大?？梢岳眠@一特點，設計出好的復合材料產品。
2、基本理化性能
2.1 密度 聚合物復合材料輕質是指密度小，為(1.5-2.0)g/cm3,是金屬的1/4-1/5。用國標GB/T1463進行測試.常用聚合物復合材料制成夾層結構的蜂窩,密度為(0.03-0.16)g/cm3，泡沫塑料密度為(0.025-0.20)g/cm3。
2.2 巴氏硬度 聚合物復合材料的硬度指標不同于金屬，是用巴柯爾硬度計測試，國標GB/T3854。巴氏硬度除與原材料品種、性能有關外，更與成型工藝、固化程度有關，一般用巴氏硬度來控制產品制造過程。一般巴氏硬度為30-60，玻璃的巴氏硬度為100。
2.3 固化度 固化度是指聚合物(樹脂)的固化程度，用樹脂不可溶分含量的試驗方法，國標GB/T2576來測試，一般產品要求固化度≥80%，對于高溫固化產品，要求≥90%。
2.4 樹脂含量 樹脂含量的大小直接影響產品的力學性能和理化性能。用測出樹脂含量的方法可以直接檢驗產品的成型工藝是否符合產品的設計要求及均勻性，用國標GB/T2577進行測試。
2.5 負荷熱變形溫度 試樣在負荷(1.82MPa)下受熱變形到指標的溫度，稱為負荷熱變形溫度，用國標GB/T1634-2進行測試，此性能直接反映聚合物(樹脂)的耐熱性能，不同聚合物復合材料，其負荷熱變形溫度差別很大，低的為100℃，高的可達300℃以上。測出此性能指標，可供產品在什么樣溫度條件下使用時參考。
2.6 熱導率 聚合物復合材料的熱導率是比較小的，為(0.28-0.40)W/Km，屬絕熱材料，用國標GB/T3139進行測試。
2.7 電阻率 聚合物復合材料的電阻率是比較高的，屬于電絕緣材料，同時又是非磁性材料，體積電阻率，表面電阻率依次為1012-15Ω?cm，1011-14Ω，與聚合物(樹脂)的品種有關系。環氧類型的電阻率要高一些。
2.8 線熱膨脹系數 線熱膨脹系數與聚合物(樹脂)品種關系很大，聚酯類的線膨脹系數大，環氧、酚醛類的小。同時與纖維方向織物經緯比也很有關系，一般纖維方向線熱膨脹系數小。在(6.7-30)×10-6范圍。當然，這是指玻璃纖維增強的復合材料，當采用碳纖維時，可以制零熱膨脹系數，甚至于是負熱膨脹系數的材料，在精密儀器上得到廣用。
2.9 吸水性 在產品質量情況下制成的聚合物復合材料的吸水率，一般≤1%，用國標GB/T1462測試。 復合材料吸水性能的另一個指標是耐水性，把復合材料放在水中一段時間后，其強度(主要指彎曲強度)的變化，這有兩個測試方法：①GB/T2575，是用常溫水浸試樣。②GB/T10703，是用(60-100)℃水浸試樣，屬耐水性加速試驗方法。
3、性能 聚合物復合材料在常溫下就有蠕變，承受拉伸時，蠕變小，承受彎曲和剪切時，蠕變大，測試方法國標為GB/T6059。持久強度較為破壞強度的(40-50)%。 聚合物復合材料的疲勞性能，與受力狀態、樹脂品種、纖維方向、成型工藝、循環次數等關系密切。若循環到5×106次時，疲勞強度約為靜態強度的(25-30)%。試驗方法國標為GB/T16779。 聚合物復合材料的高低性能取決于聚合物種類，目前已有耐350℃以上的耐高溫聚合物。在低溫下，其性能反而提高，溫度越低，強度越高，包括沖擊韌性也一樣，一般提高20%-30%。這是高于普通熱塑性塑料之處。測試方法為GB/T9979。
不同聚合物復合材料有不同耐化學腐蝕性能根據具體介質選用復合材料。測試方法為GB/T3857。
一般聚合物復合材料是不阻燃，加阻燃劑，按產品設計要求加不同阻燃劑及含量，達到氧指數，指標等。測試方法為GB/T8294。
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