增强材料及成型方法和强度的关系
成型方法 性能 手糊成型 玻璃毡 (600g/m2) 无捻粗纱布 (900g/m2) 玻璃布 (340g/m2) 0~0.07 23 51 46 真空袋成型 加压袋成型 玻璃毡 (600g/m2) 玻璃布 (340g/m2) 玻璃毡 (600g/m2) 热压釜成型 玻璃毡 (600g/m2) 模压成型 玻璃毡 (600g/m2)
构成
性能 板厚(mm) 板厚 角度
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 璃 四层 八层 三层 布 二 层 6 3 2.5
玻 璃 毡 四 层 7.5
玻 璃 布 二 层
玻 璃 布 二 层
玻 璃 毡 四 层 4.0
玻 璃 布 二 层
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
13.7 14.7 11.8 13.7 弯曲模量 7.7 7.7 8.5 9.6 8.6 8.7 (GPa) 7.7 13.4 15.7 11.3 13.1 156 166 185 212 压缩强度 192 193 145 117 203 129 (MPa) 204 182 188 193 230 11.2 15.7 7.4 12.7 压缩模量 5.7 5.7 7.2 7.6 8.3 7.1 (GPa) 6.7 12.3 15.1 7.3 12.3
作用：主要用作承力和次承力结构。 作用：主要用作承力和次承力结构。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 组成：由增强体和基体复合而成， 组成：由增强体和基体复合而成，前者是复合材料中承受 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体， 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体，并 起传递应力和增韧的作用。 起传递应力和增韧的作用。
影响复合材料性能的因素：原材料、 影响复合材料性能的因素：原材料、结构设计方法 及成型工艺。 及成型工艺。 (1) 增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强 度及化学稳定性等是决定GFRP性能的主要因素 性能的主要因素; 度及化学稳定性等是决定 性能的主要因素 (2) 增强材料的含量及其排布方式与方向次之 增强材料的含量及其排布方式与方向次之; (3) 增强纤维与基体树脂的界面粘结状况
1、机械性能的特点 、 （1）比强度高 ） FRP密度为 ～2.2g/cm3，约为钢1/4~1/5，而强度与一 密度为1.4～ 约为钢 ， 密度为 般的碳素钢相近。因此FRP的比强度很高。 的比强度很高。 般的碳素钢相近。因此 的比强度很高 （2）各向异性 ） 明显的方向依赖性， 明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布增强 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。
3. 疲劳特性 影响FRP疲劳特性的因素是多方面的，实验表明，静态强 影响 疲劳特性的因素是多方面的，实验表明， 疲劳特性的因素是多方面的 度高的FRP，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种 度高的 ，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种FRP存 存 在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。 在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。实际纤维体积含量低于 或高于最佳值，其疲劳强度都会下降。 或高于最佳值，其疲劳强度都会下降。 方向性：加振方向与纤维方向的夹角由0º上升到 ，疲劳强度 方向性：加振方向与纤维方向的夹角由 上升到45º， 上升到 急剧下降。 急剧下降。 存在缺陷，温度上升， 存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降
E-42环氧 环氧FRP不同方向的拉伸性能 环氧 不同方向的拉伸性能
性能 0º 比例极限 178 拉伸强度 破坏强度 269 (MPa) 离散系数 12.6 E1×10-4 弹性模量 (MPa) E ×10-4 2 延伸率 ε(%) 1.67 1.43 1.6 15º 84 210 7.9 1.33 0.63 2.5 30º 50 173 17.3 1.11 0.16 4.8 方向 45º 45 158 11.3 1.0 0.13 4.8 60º 50 163 12.8 1.00 0.16 4.8 75º 80 194 8.3 1.25 0.50 2.6 90º 160 263 11.9 1.52 1.22 1.9
1.52 1.64 1.63 1.50 1.67 169 27.7 247 1ห้องสมุดไป่ตู้.8 148 10.8
拉伸强度(MPa) 81 231 168 130 拉伸强度 拉伸模量(GPa) 6.4 14.4 13.6 6.7 拉伸模量 弯曲强度(MPa) 143 190 217 190 弯曲强度 弯曲模量(GPa) 5.7 12.7 13.8 8.7 弯曲模量 压缩强度(MPa) 118 119 132 157 压缩强度 压缩模量(GPa) 6.5 17.1 17.2 8.1 压缩模量
结构复合材料
结构复合材料 工程应用的角度 功能复合材料 以其声、 以其声、光、电、热、磁等物理 特性为工程所应用， 特性为工程所应用，诸如压电材 阻尼材料、自控发热材料、 料、阻尼材料、自控发热材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、生物 相容性材料、磁性分离材料。 相容性材料、磁性分离材料。 以其力学性能如强 刚度、 度、刚度、形变等 特性为工程所应用
（3）弹性模量和层间剪切强度低 ） 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板， 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板，其弹性模量与 木材接近。 木材接近。 （4）性能分散性大 ） FRP的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。 的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。 的性能受一系列因素的影响
2. 静态特性 基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 (1) 拉伸特性 对于单向增强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均 ， 对于单向增强 随纤维体积含量V 的增大而正比例增加。 随纤维体积含量 f的增大而正比例增加。对于采用短切纤维毡 和玻璃布增强的FRP层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不 层合板来说， 和玻璃布增强的 层合板来说 成正比增加，但仍随V 与Vf成正比增加，但仍随 f增加而增加 。 双向FRP其纤维方向的主弹性模量大约是单向 其纤维方向的主弹性模量大约是单向FRP的 双向 其纤维方向的主弹性模量大约是单向 的 0.50~0.55倍；随机纤维增强 近似于各向同性， 倍 随机纤维增强FRP近似于各向同性，其弹性模量 近似于各向同性 大约是单向FRP的0.35~0.40倍。 大约是单向 的 倍
构成
性能 板厚(mm) 板厚 角度
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 四层 璃 三层 八层 布 二 层 6 3 2.5
玻 璃 毡 四 层 7.5
玻 璃 布 二 层
玻 璃 布 二 层
玻 璃 毡 四 层 4.0
玻 璃 布 二 层
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
原材料：无碱100平纹布 层，E-42环氧树脂。 平纹布184层 环氧树脂。 注：原材料：无碱 平纹布 环氧树脂 树脂含量： 树脂含量：42.3%。 。
(3) 弯曲特性 FRP的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。纤 的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。 的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加 维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。 维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。 (4)剪切特性 剪切特性 纤维含量增大， 的剪切弹性模量上升， 纤维含量增大，FRP的剪切弹性模量上升，FRP的剪切特性 的剪切弹性模量上升 的剪切特性 也呈现方向性。 也呈现方向性。 E-42环氧 环氧FRP垂直板面剪切性能 垂直板面剪切性能 环氧 性能 剪切强度(MPa) 剪切强度 方向 0º 85 15º 83.2 30º 95.0 45º 99.2 60º 98.1 75º 90º 90.7 89.5
玻璃纤维的构成与FRP的机械性能 的机械性能 玻璃纤维的构成与
构成 玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 四层 璃 璃 三层 八层 布 毡 二 四 层 层 6 3 2.5 7.5 玻 璃 布 二 层 玻 璃 布 二 层 玻 璃 毡 四 层 4.0 玻 璃 布 二 层
性能 板厚(mm) 板厚 角度
1. 电性能 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数， 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数， 击穿强度等 FRP的电性能一般介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 的电性能一般介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善FRP的电性能 的电性能 树脂的极性越大，电绝缘性越差。 树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在 及分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性， 及分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂 的电性能。 的电性能。
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
171 207 109 208 拉伸强度 86 84 109 77 85 93 (MPa) 91 175 244 104 204 16.1 19.8 10.2 16.9 拉伸模量 8.5 9.1 10.9 11.0 8.7 10.7 (GPa) 9.3 16.9 19.9 10.0 16.7 262 403 199 295 弯曲强度 137 139 206 225 104 211 (MPa) 142 253 407 201 274
注：原材料：无碱100平纹布 层，E-42环氧树脂。 原材料：无碱 平纹布9层 环氧树脂。 平纹布 环氧树脂 试验温度：15℃~22 ℃ ；144根试件。 试验温度： ℃ 根试件。 根试件
(2) 压缩特性 在应力很小、纤维未压弯的时候， 在应力很小、纤维未压弯的时候，压缩弹性模量与拉伸弹 性模量接近。玻璃布增强FRP的压缩弹性模量大体是单向 的压缩弹性模量大体是单向FRP 性模量接近。玻璃布增强 的压缩弹性模量大体是单向 的大致是单向FRP的0.4倍。 的0.50~0.55倍；纤维毡增强 倍 纤维毡增强FRP的大致是单向 的大致是单向 的 倍 单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高， 单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高，但并非成比 的压缩强度随纤维含量增加而提高 例增长。 例增长。