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复合材料与金属材料的拉伸强度与拉伸模量对比分析

   日期:2020-06-11     来源:《纤维复合材料》    浏览:677    
核心提示:从机械力学上,众所周知,与金属材料相比,复合材料的最大优势是轻而强,也就是说,复合材料有更高的比强度和比模量。比强度和比
 从机械力学上,众所周知,与金属材料相比,复合材料的最大优势是轻而强,也就是说,复合材料有更高的比强度和比模量。比强度和比模量由拉伸强度和拉伸模量除以密度得到,见表1-3。通常用来进行复合材料和金属比较的是比拉伸强度和比拉伸模量。需要指出的是,一般在比较各种复合材料同金属的拉伸性能时,都习惯性地使用增强纤维本身的强度,但是毕竟是复合材料,而不是纤维,才是材料最终的使用形态。因此笔者认为相对合理的比较应该是将复合材料中实际的纤维含量考虑进去,或者直接使用具体的复合材料的拉伸数据,尤其是当采用0/90的织物或准各向同性( quasi isotropic )的复合材料时更应该如此,见表1-3的最后三行数据。

1-3复合材料和金属材料的比抗拉强度和比拉伸模量
          书上                
从表1-3中的比强度和比模量数据可以看出,参与比较的三种金属材料的比强度和比模量(也就是比刚度)相当,而金属基的硼纤维铝复合材料则明显高于它们,因此如果采用这种复合材料代替这三种金属材料将具有减重效果。玻璃纤维是一个分界线,从比模量来看,使用玻璃纤维增强复合材料与金属材料相比并没有优势,但强度略好于金属,由此可见,玻璃纤维增强复合材料在航空航天上减重效果有限。这类材料仍然得到广泛使用的主要原因是因为它们的其他特性,如加工性、雷达波透明性、耐腐蚀性、成本等。从表1-3中看出,芳纶复合材料具有相当不错的比强度和比刚度,从理论上讲是良好的减重材料,但是由于它们的吸水性高(可达7%)、压缩强度低,实际上它们作为结构材料的使用程度有限,而主要是用于航空器内部部件(因为它们的高阻燃性)或防弹器械(因为它们的高韧性)。反观碳纤维的数据,则显现出很好的综合性能,其比强度和比刚度都大大高于金属材料,加上它们不错的压缩强度、极低的热膨胀系数和吸水率、高的热稳定性,以及与所有的基体(聚合物、碳、金属和陶瓷)优良的复合性和加工性,再加上可控的、稳定的制造工艺和不算离谱的价格,当仁不让地成为先进复合材料,尤其是航空航天用先进复合材料的主力军。
 
 
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