分子结构特征 耐热聚乙烯属于中密度聚乙烯，英文名称缩写为PE-RT（Polyethylene with Rais ed Temperature resistance），它是由乙烯单体和1-辛烯单体共聚而成的，很显然辛烯 与乙烯单体共聚时具有能形成较长支链的烯类单体，支链上含有六个碳原子（C），其 聚合反应如下： nCH2==CH2+mCH2==CH-茂金属 催化剂 一个和几个共聚单元上带有的6C长支链，使得这种半结晶材料的结晶也有足够的“链段”数目，分子链之间无需引入活性交联分子，晶格间支链化程度非常高。分子链 之间以及长支链之间互相无序缠绕，形成了“立体网状结构”，这种特殊结构的形成使 材料的力学性能及抵抗外应力作用的蠕变性能大大提高，提高了其热稳定性、长期静液 压强度、抗慢速裂纹增长（SCG）和快速裂纹扩张（RCP）性能。 1.2 PE-RT与非耐热聚乙烯 通过分子设计技术，并采用茂金属催化剂的新型合成工艺是合成PE80级以上承压管道材料的先进工业技术特征之一。PE-RT也属于PE80级，其工作温度范围可提高到 80℃以上，并能保证50年的使用寿命，当然其必须通过国际权威独立试验室进行认证 的，满足德国标准DIN 4721和DIN16883的要求。PE-RT耐热性的提高主要得益于所 用的共聚单体是1-辛烯而不是1-丁烯、1-己烯等，这样优化了支链的密度和微观晶体结 构，达到了与交联聚乙烯同样的耐温性能。 PE-RT成型加工特性 PE-RT属中密度聚乙烯，作为耐热聚乙烯，它在生产加工过程中无需交联，克服了交联聚乙烯生产工艺的复杂性、交联度控制不稳定性，使得整个管材绝对的均质，质量 稳定。但PE-RT的加工温度范围不是很宽，其熔体温度一般控制在190℃左右，管材生 产时若温度过高，其熔体强度低，会影响其成型的稳定性。管件的注塑成型一样应采取
PE聚乙烯板是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE 的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。产品名称PE 板：英文名称High Density Polyethylene ，中文：聚乙烯板。 PE板具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂，芳香烃和卤化烃。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级;在
性能上达到最佳的平衡。具有良好的化学稳定性，可以抵抗大部份酸、碱、有机溶液以及热水的侵蚀。电气绝缘性好。 HDPE板(高密度聚乙烯板)熔点约为130℃，相对密度为 0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度220~260C。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250C之间。 武汉市硚口区银河工程塑料制品厂地处长三角中心城市－武汉。专业生产各种聚四氟乙烯制品、聚四氟乙烯微粉，铁氟龙棒产品广泛运用于电子电气、航天航空、汽车工业、化工机械、国防军工等领城。产品具有高度的化学稳定性、卓越的耐化学腐蚀能力，突出的耐热耐寒耐磨性，还具有优越的电绝缘性，且不受温度与频率的影响。此外尚有不粘着不吸水不燃烧等优点。公司的聚四氟乙烯棒、板材远销多个国家和地区，深受广大用户的青睐。我们愿与海内外各界朋友真诚合作、携手共进。
3D编织复合材料的细观结构与力学性能 摘要归纳、梳理三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型，分析、比较各结构模型的优缺点，从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展，探讨细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题，并展望今后的研究重点与发展方向。 关键词三维编织复合材料；细观结构；力学性能 Microstructure and Mechanical Properties of 3D Braided Composites ABSTRACT Typical unit cell models on microstructure of 3D braided composites were summarized. Advantages and disadvantages of various models were compared. Developments of research on mechanical properties of 3D braided composites were introduced from theoretical analysis and experimental test perspectives. Finally, problems in the present study were discussed and further development trend is prospected KEYWORDS 3D braided composites; Microstructure; Mechanical properties 1 引言 三维编织复合材料是20世纪80年代为满足航空航天部门对高性能材料的需求而研发出的先进结构材料，具有高度整体化的空间互锁网状结构，可有效避免传统层合复合材料的分层破坏，冲击韧性、损伤容限与抗疲劳特性优异，结构可设计性强，能够实现异形件的净尺寸整体成型，因此在结构材料领域倍受关注。 力学性能是三维编织复合材料结构设计的核心，直接关系应用安全性与可靠性，细观结构是影响力学性能的关键，正确描述细观结构是准确预测宏观力学性能的必要前提。细观结构表征与力学性能预报一直是三维编织复合材料的研究重点，具有重要的理论价值与实践意义。 2 三维编织复合材料的细观结构单胞模型 Ko[1]首次提出“纤维构造”术语，定义出图1所示的立方体单胞模型，单胞由四根不计细度的直纱线组成，纱线沿体对角线方向取向并相交于立方体中心，模型大致描述出了编织体内部的纱线分布情况。
聚乙烯的特性 聚乙烯是一种乳白色的塑料，表面呈蜡状且半透明，是电线电缆较为理想的绝缘和护套材料。其主要优点是： （1）优异的电气性能。其绝缘电阻和耐电强度高；在较宽的频率范围内，介电常数ε和介质损耗角正切tgδ值小，且基本不受频率变化的影响，作为通信电缆的绝缘材料，是近乎理想的一种介质。 （2）机械性能较好，富有可挠性，而且强韧，耐容性好。 （3）耐热老化性能、低温耐寒性能及耐化学稳定性好。 （4）耐水性好，吸湿率低，浸在水中绝缘电阻一般不下降。 （5）作为非极性材料，透气性大，低密度聚乙烯的透气性是各种塑料中最为优良的。 （6）比重轻，其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出，约为0.92g/cm3；低压聚乙烯虽其密度较大，也仅为0.94g/ cm3左右。 （7）具有良好的加工工艺性能，易于熔融塑化，而不易分解，冷却易于成型，制品几何形状和结构尺寸易于控制。 （8）用它制作的电线电缆重量轻，使用、敷设方便，接头容易。 但聚乙烯还有不少缺点：软化温度低；接触火焰时易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时同样的臭味；耐环境应力龟裂性和蠕变性较差，在聚乙烯作为海底电缆和落差较大（尤其是垂直敷设）电缆的绝缘和护套材料使用时应特别注意。 电线电缆用聚乙烯塑料 （1）一般绝缘用聚乙烯塑料 仅由聚乙烯树脂和抗氧剂所组成。 （2）耐候聚乙烯塑料 主要由聚乙烯树脂、抗氧剂、和碳黑组成。耐候性能的好坏取决于碳黑的粒径、含量、和分散度。（3）耐环境应力龟裂聚乙烯塑料 采用熔融指数0.3以下，分子量分布不太宽的聚乙烯；对聚乙烯进行辐照或化学交联。 （4）高电压绝缘用聚乙烯塑料 高电压电缆绝缘的聚乙烯塑料要求高度纯净，还需要添加电压稳定剂和采用特殊的挤塑机，避免气孔产生，以抑制树脂放电，提高聚乙烯的耐电弧、耐电腐蚀和耐电晕性。 （5）半导电聚乙烯塑料 半导电聚乙烯塑料是在聚乙烯中加入导电碳黑获得的，一般应采用细粒径、高结构的碳黑。（6）热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料 该种电缆料是以聚乙烯树脂为基料，加入优质高效的无卤无毒阻燃剂、抑烟剂、热稳定剂、防霉剂、着色剂等改性添加剂，经混炼、塑化、造粒而成。
聚乙烯纤维的性能特点 超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究X 梁子青1 ,周庆2 ,邱冠雄1 ,王涛2 (1. 天津工业大学复合材料研究所,天津300160 ; 2. 中纺投资发展有限公司研发中心,北京100176) 芳纶纤维的发明在防弹复合材料的发展史上是一个巨大的进步. 采用芳纶织物制成的软质防弹背心在穿着舒适性上取得了革命性的突破. 而UHMWPE 纤维的出现又进一步提高了软质防弹复合材料的防护性能. 与芳纶相比,UHMW2PE 纤维具有更高的强度、模量、比强度、比模量及声波传递速度,这几个因素均与纤维的防弹性能密切相关.一般认为,上述几个指标越高,纤维的防弹性能越好.Lee 等人[1 ]的实验结果表明,UHMWPE 纤维的防弹性能超过以Kevlar 纤维为代表的芳族聚酰胺纤维. 同时,UHMWPE 纤维比芳纶纤维的耐气候老化性要好,并且不吸水,不吸潮,因而对环境的适应性更好. 对个体防护而言,通常在防护等级要求较高的情况下,如主要威胁为尖头弹、钢芯弹时,需要单独使用插板或者将插板与软质防弹背心结合使用,还需要使用头盔. 在防弹头盔的设计中重量因素是除防护性能外最重要的因素,同样防护等级的UHMWPE 纤维头盔和芳纶头盔在重量上有很大的差异, 前者比后者要轻300T0 ～500T0[2 ] . 因此使用UHMWPE 纤维制成的头盔可以最大限度地减轻佩戴者疲劳程度,避免较大重量头盔带来的严重的不舒适感,有利于头盔佩戴者集中精力执行任务. 本文以国产化的UHMWPE 纤维为实验对象,研究了不同基体种类、不同结构的UHMWPE 纤维复合材料的防弹性能,分析了UHMWPE 纤维复合材料在弹道冲击下的响应特征. 另外,本文还研究了基体含量、模压工艺对UHMWPE 纤维复合材料防弹性能的影响。 超高分子量聚乙烯 性能简介 一、性能 UHMWPE极高的分子量（HDPE的分子量通常只有2—30万）赋予其优异的使用性能，而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料。它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲、自润滑、耐腐蚀、吸水冲击能、耐低温、卫生消毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合功能。事实上，目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。 （一）耐磨性 UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，并超过一些金属，与其它工程塑料相比，UHMWPE的砂浆磨耗指数仅是PA66的1/5，HDPE和PVC的1/10：与金属相比，是碳钢的1/7，黄铜的1/27。这样高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗实验法难以测试其耐磨程度，因而专门设计了一种砂浆磨耗测试装置。UHMWPE耐磨性与分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。（二）耐冲击性 UHMWPE的冲击强度，在所有工程塑料中名列前茅，其冲击强度随分子量的增大而提高，在分子量为150万时达到最大值，然后随分子量的继续升高而逐渐下降。值得指出的是，它在液氮中（-196℃）也能保持优异的冲击强度，这一特性是其它塑料所没有的。此外，它在反复冲击后表面硬度更高。 （三）自润滑性
各类聚乙烯的性能特点 聚乙烯是塑料包装制品使用量最大的一类包装原料，由于它是由石油加工过程中产生的裂介气体中的乙烯为原料聚合而成的，乙烯单体无毒，因而各类聚乙烯原料中，即使含有200～300ppm的乙烯单体，仍旧是无毒的聚合物，可使用于同各种食品及药品直接接触的包装场合。各类聚乙烯的熔融温度和热分介温度（315℃以上）之间相差较大；熔融流动性较好，因而各类聚乙烯的熔融可加工成型性较好，可以使用塑料成型的挤压、注射、压缩、吹塑等方法来生产各种包装制品。各类聚乙烯都是非极性聚合物，它们之间有良好的相容性，可以互相间以任何比例组合成共混物，以改善性能。由于各类聚乙烯的熔融温度都比较低，且有高度的热粘合性，因此，在软塑包装中，常使用聚乙烯作包装的热封材料。 聚乙烯有很多种，通常按工业化出现的年代来分有1939年工业化的第一代聚乙烯，即：高压法聚乙烯（低密度聚乙烯）、1953年工业化的第二代聚乙烯，即：低压法聚乙烯（高密度聚乙烯）、1977年工业化的第三代聚乙烯，即：线性低密度聚乙烯（LLDPE）、1984年工业化的第四代聚乙烯，超低密度聚乙烯（VLDPE），以及1958年工业化的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和20世纪90年代出现的茂金属聚乙烯（MPE）。严格说来上述聚乙烯在生产过程中，有的添加了少量的4碳或8碳的α烯烃作为共聚单体，但由于α烯烃使用量很少，所以还保持了聚乙烯的不少特性。 （一）低密度聚乙烯（LDPE）(高压聚乙烯) LDPE的特性是：（1）LDPE是密度为0.91~0.925g/cm3的白色蜡状颗粒状固体，无味无嗅无毒；（2）LDPE是典型的结晶型聚合物，结晶度为55%~65%，熔点为105~126℃；（3）LDPE是非极性材料，易带静电，表面能低，因而在印刷、复合前应进行电晕处理，以提高表面能，加工过程中，应注意防静电，避免静电积累影响制品质量或电火花放电，引起火灾；（4）LDPE透明性优良，热封性优良，可广泛用于透明低温冷冻包装制品的生产；（5）LDPE 阻湿性优良，是制作干燥食品或需要良好防潮物品包装的优质原料。但LDPE阻气性大，易透过各类气体；（6）LDPE虽有一定的耐油脂性，但其耐油脂性和耐有机溶剂性不如聚丙烯，因此，当厚度小时，不适宜长期放置汽油、酒精、油脂等。使用LDPE时，最好厚度应超过50mm；（7）LDPE具有易燃性，燃烧时，火焰无烟无色，且有烧滴现象并有蜡烛气，是鉴别的一个特点。 LDPE挤出吹膜时应选择熔融指数（MI）为2～6g/10min的吹膜级粒子，不仅有良好开口性，还有良好热封性。挤出机均化段温度在150~180℃，吹胀比2~3。牵引比应与吹胀比平衡。挤吹或注吹中空容器时，选择MI小于2g/10min的挤吹级或注吹级的LDPE粒子，大于2g/10min的粒子易产生瓶子的厚薄不均或根本吹不出好的容器。挤出流涎LDPE膜时，一般选用8～15g/10min的MI，太高的MI膜强度太低，挤出温度视流涎膜用途而定，如果为热封用，则温度不要超过200℃，如果为复合用，为了提高PE同其它基材的挤复牢度，可提高到300℃甚至更高的温度，但超过315℃以上时，时间不能太长，避免分介加大，性能降低。 （二）中密度聚乙烯（MDPE） 中密度聚乙烯是密度为0.926～0.94g/cm3，与LDPE有相同性能的一种聚乙烯，由于密度的提高，MDPE的结晶度高达70%～80%，而密度和结晶度的提高，则提高了MDPE 熔融温度、制品的硬度和强度。MDPE处于LDPE和HDPE之间。应当指出PE也有用压延方法成型成片材和薄膜的，但是由于LDPE熔融流动性太好，因此，压延加工都用于PE 的填充改性材料中，如：片材用于真空吸塑包装制品时。
复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215
用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed
PE塑料的性能与应用 PE即聚乙烯，是一种具有多种结构和特性的聚合物。它主要分为低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、及特殊性能的超高分子量聚乙烯、低相对分子质量聚乙烯、高相对分子质量高密度聚乙烯、极低密度聚乙烯等。一般来说相对密度低于0.920的聚乙烯，通常称为低密度聚乙烯；相对密度等于或大于0.940的聚乙烯称为高密度聚乙烯；相对密度在0.926~0.940范围内的聚乙烯称为中密度聚乙烯。 由PE的分类上就能看出，密度是关系着PE塑料性能差异的主要指标，其次是相对分子质量，而密度又是树脂结晶度和分子线型结构不同造成的。线性结构的PE，结晶度高，密度大，熔融温度、硬度、屈服强度、弹性模量也高。尽管PE分子间的力不大，但主要因结晶度高，分子便堆砌紧密而强度增大。相反，支链度大的PE结晶度较小，则密度较低，可延伸性与韧性较大，即为柔韧性材料。 相对分子质量及其分布会直接影响结晶度，进而影响一系列性能，如：强度、硬度、韧性、耐磨性、耐化学药品和老化及耐低温脆折性等越高，而断裂伸长率降低。相对分子质量分布窄，对韧性和低温脆性却有所提高。而耐长期载荷变形，耐环境应力开裂性则下降。所以，相对分子质量分布的宽窄对PE制品的种类与使用性能也有密切关系。 另外，熔融指数是聚乙烯熔体流动性的定量指标，也是反映聚乙烯分子量大小的一个标志。一般情况下，PE的熔融指数越高，其分子量越低；反之PE的熔融指数越低，其分子量越高。PE的熔融指数对其加工影响较大。熔融指数大，则流动性就好，对注射成型有利，但对于直接挤出吹塑来说，则不希望熔融指数过高，特别是HDPE，熔融指数大，型坯易产生下坠，影响型坯的正常成型。若要吹塑大型制品时，应该选用高分子量高密度聚乙烯(代号为HMWHDPE)，其重均分子量在30~50万范围内，其分子量不仅明显地高于一般HDPE(重均分子量在15~20万之间)，而且分子量分布较宽，其熔体张力大，采用直接挤出吹塑成型时，大型制件的型坯也不易产生下坠问题。采用HMWHDPE制得的塑料制品还具有良好的耐冲击性、耐蠕变性以及耐应力开裂性。 ⒈常用聚乙烯的性能介绍 ⑴低密度聚乙烯性能：LDPE为乳白色蜡状颗粒，它具有无毒、无味、无臭，是PE中最轻的品种，结晶度较低，为55﹪~65﹪熔体流动速率较宽，约为0.2~50g/10min，具有良好的柔韧性、延伸性、透明性、耐寒性，有优良的加工性、化学稳定性及透气性较好，电绝缘性能优异，但其机械强度、透湿性、耐老化性能较差及耐热性低于高密度聚乙烯。 ⑵高密度聚乙烯的性能：HDPE为白色粉末或颗粒状，无毒、无味、无臭，与LDPE相比，支链较少，结晶度较高，密度较大，相对分子质量常为十几万到几十万，熔体流动速率范围较窄；具有较高的刚性和韧性，优良的机械性能和耐热性，还具有较好的耐溶剂性、耐蒸汽渗透性等。 ①HDPE的各项性能见表1—4
《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料？ 1.2 复合材料如何分类？ 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些？ 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些？ 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些？ 1.6 复合材料结构设计有何特点？ 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么？ 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些？玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么？2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex，求该纱的横截面积（取玻璃纤维的密度 为2.54g/cm3）？ 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2，求该毡的厚度（取玻璃纤维的密 度为2.54g/cm3）？ 2.5 无碱玻璃纤维（E-glass）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致 值是多少？ 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密 度为多少？ 2.7 芳纶纤维（kevlar纤维）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值 是多少？密度为多少？ 2.8 常用热固性树脂有哪几种？它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多 少？密度为多少？热变形温度值大致值多少？ 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值，指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数？ 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3，树脂密度为ρR=1.20g/cm3，采用规格 为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时，其树脂含量为70％，这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维（ρf=2.54g/cm3）制造管道，其树脂含量为35％ （ρR=1.20g/cm3），缠绕密度为3股/10 mm，试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3，树脂密度为ρR=1.25g/cm3，采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时，其树脂含量为32％，这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少？ 2.17 某拉挤构件的腹板，厚度为5mm，采用±45°的玻璃纤维多轴向织物（面密
1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变 形能力。 增强和作用：能够强化基体和的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相, 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 ⑵ 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时?，通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的登加，使复合材料获得一?种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。
3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗 粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。喑属性可分为有机增强体 和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤 维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料， 纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种， 同时为材料提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增 加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中，纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低，不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高，由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递，也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对?材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1）通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2）选择材料体系（增强体、基体） 3）确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4）确定制备工艺方法及工艺参数
聚乙烯知识介绍 在聚乙烯的配方设计上应注意以下几点： （1）各类聚乙烯及其乙烯共聚物。如：乙烯同醋酸乙烯酯（EVA）、乙烯同乙烯醇的共聚物等均有良好的相容性，因此可以共混改性以改善共混物的性能；（2）同一种产品型式，例如：薄膜，可以用多种生产工艺制造。同一种原料，因生产工艺的不同，制得的产品性能上是会有很大差异的；即使同一种产品同一种原料和生产工艺，使用的工艺参数不同，产品的性能也会有差异，因此，在注意生产配方、工艺外还应注意到生产中的温度，剪切应力，拉伸比等参数； (3）当使用橡胶与塑料共混改性时，最好使用粉末状的橡胶，或者应使用双辊炼胶机充分与塑料混炼，后切粒再生产，否则橡胶不易分散入塑料中，而在使用功能性材料如：填充剂，抗氧剂，抗静电剂等改性时，最好使用母料，以达到更加均匀的添加效果； （4）配方的重要原则是在全面满足制品使用要求的情况下使用价格最便宜，生产方法最简单的工艺。 塑料的改性有化学改性和物理改性，共混配方是一种物理改性，层合（Lamination）也是一种改性。即使是二种完全相容的材料，也应当充分混合均匀才能有良好效果。共混物的性能是二个完全相容的物质的性能同它在共混物中的重量百分数的乘积之和。 (一）中密度聚乙烯（MDPE） 密度聚乙烯是密度为0.926～0.94g/cm3，与LDPE有相同性能的一种聚乙烯，由于密度的提高，MDPE的结晶度高达70%～80%，而密度和结晶度的提高，则提高了MDPE熔融温度、制品的硬度和强度。MDPE处于LDPE和HDPE之间。应当指出PE也有用压延方法成型成片材和薄膜的，但是由于LDPE熔融流动性太好，因此，压延加工都用于PE的填充改性材料中，如：片材用于真空吸塑包装制品时。 （二）低密度聚乙烯（LDPE）(高压聚乙烯) LDPE的特性是：（1）LDPE是密度为0.91~0.925g/cm3的白色蜡状颗粒状固体，无味无嗅无毒；（2）LDPE是典型的结晶型聚合物，结晶度为55%~65%，熔点为105~126℃；（3）LDPE是非极性材料，易带静电，表面能低，因而在印刷、复合前应进行电晕处理，以提高表面能，加工过程中，应注意防静电，避免静电积累影响制品质量或电火花放电，引起火灾；（4）LDPE透明性优良，热封性优良，可广泛用于透明低温冷冻包装制品的生产；（5）LDPE阻湿性优良，是制作干燥食品或需要良好防潮物品包装的优质原料。但LDPE阻气性大，易透过各类气体；（6）LDPE虽有一定的耐油脂性，但其耐油脂性和耐有机溶剂性不如聚丙烯，因此，当厚度小时，不适宜长期放置汽油、酒精、油脂等。使用LDPE时，最好厚度应超过50mm；（7）LDPE具有易燃性，燃烧时，火焰无烟无色，且有烧滴现象并有蜡烛气，是鉴别的一个特点。
聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（ CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。 聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。 聚合压力大小：高压、中压、低压； 聚合实施方法：淤浆法、溶液法、气相法； 产品密度大小：高密度、中密度、低密度、线性低密度； 产品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量。 聚乙烯特性： 聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。 聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。 聚乙烯的种类 （1） LDPE：低密度聚乙烯、高压聚乙烯 （2） LLDPE：线形低密度聚乙烯 （3） MDPE：中密度聚乙烯、双峰树脂 （4） HDPE：高密度聚乙烯、低压聚乙烯 （5） UHMWPE：超高分子量聚乙烯 （6）改性聚乙烯：CPE、交联聚乙烯（PEX） （7）乙烯共聚物：乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃（如辛烯POE、环烯烃）的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA、 EMAA 、
《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒 复合材料、纤维增强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾口 复合材料。 （1）颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶 '瓷O （2）层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 （3）纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高）碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模
一、聚乙烯类塑料 聚乙烯是指由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，英文名简称PＥ。PE的合成原料来自石油，自1９65年以来一直高居世界塑料树脂产量第一位。目前,聚乙烯的主要品种有： 低密度聚乙烯(ＬＤPE）, 高密度聚乙烯(HＤＰE）, 线性低密度聚乙烯(ＬLDＰＥ）, (超）高分子量聚乙烯（UHMWＰＥ）， 茂金属聚乙烯(m-PE) 还有其改性品种：乙烯—乙酸乙烯酯(ＥVＡ)?氯化聚乙烯（CPE)。?1、聚乙烯类塑料的结构性能 ＰE为线性聚合物,属于高分子长链脂肪烃;分子对称无极性，分子间作用力小,力学性能不高、电绝缘性好、熔点低、印刷性不好。ＰE的结构规整，线性度高,因而易于结晶。结晶度从高到低排序：ＨＤＰE,LLDＰE，LDPE。随结晶度的提高，PE制品的密度、刚性、硬度和强度等性能提高,但冲击性能下降。 (1)一般性能 PE树脂为无味、无毒的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似腊的手感；吸水率低,小于０?01％。PＥ膜透明，透明度随结晶度提高而下降。PE膜的透水率低但透气性较大,不适于保鲜包装而适于防潮包装。ＰE易燃,氧指数仅为１７?4，燃烧时低烟,有少量熔融滴落，火焰上黄下蓝,有石蜡气味。ＰＥ的耐水性较好。制品表面无极性,难以粘合和印刷，须经表面处理才可改善。 (2）力学性能 PE的力学性能一般，其拉伸强度较低，抗蠕变性不好,耐冲击性能较好。PE的耐环境应力开裂性不好,但随分子量增大而改善。ＰE的耐穿刺性好,并以LLDＰE最好。?（3）热学性能 PE的耐热性不高，随分子量和结晶度的提高而改善。ＰE的耐低温性好,脆化温度一般可达－50℃以下；随分子量的增大，最低可达－140℃。ＰＥ的线膨胀系数大，在塑料中属较大者。PE的热导率属塑料中较高者。 (４)电学性能 PE无极性,因此电性能十分优异。介电损耗很低,且随温度和频率变化极小。PE是少数耐电晕性好的塑料品种,介电强度又高,因而可用做高压绝缘材料。 （５）环境性能 PＥ具有良好的化学稳定性。在常温下可耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀,具体有稀硫酸、稀硝酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸及乙酸等,但不耐强氧化剂如发烟硫酸、、浓硫酸和铬酸等。ＰE在６0℃以下不溶于一般溶剂，但与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等长期接触会溶胀或龟裂。温度超过６０℃后，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油及石蜡中；温度超过100℃后，可溶于四氢化萘。?PE耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化,需加入抗氧剂和光稳定剂改善。?2、聚乙烯类塑料的应用范围 (１)薄膜类制品 薄膜类制品是PE的最主要用途。LDPE树脂用于膜类制品可占50%以上，可用于食品、日用品、蔬菜、收缩、自粘、垃圾袋等轻质包装膜及农业用地膜、棚膜等。HDPＥ树脂用于膜类制品可占１0％以上。因其薄膜强度高,主要用于重包装膜、撕裂膜及背心袋等。LＬＤPE树脂用于膜类制品的比重比L ＤＰＥ还要大,可占树脂的70%以上。LLDPE膜具有延伸性好、较高的拉伸强度、耐穿刺、耐环境应力开裂及低温冲击性好、可制成超薄膜等优点，主要用于包装膜、垃圾袋、保鲜膜、自粘膜及超薄地膜等。?（2）注塑制品 ＰE因加工性好而广泛用于注塑制品，其中HＤPＥ占3０%以上,ＬDPE和LLDPE各占１０%以上。主要生产:日用品如盆、桶、盒、暖瓶壳、杯、玩具等，周转箱、瓦楞箱。 （3）中空制品 以HDＰE树脂为主,可占树脂用量的20%。其制品具有耐应力开裂性好、耐油性好、耐低温冲击性好等优点,可用于食品油、酒类、汽油及化学制剂等液体的包装。此外还有中空玩具等。?（４)管材类制品 以HＤPE树脂为主，主要用于生活给水、燃气输送、农业排灌、电缆穿线管、液体吸管及圆珠笔芯等。LDＰＥ管还可用于化妆品、药品、牙膏、鞋油等的包装。? (５)丝类制品 圆丝用HDPE为原料，主要用于编织渔网、缆绳、工业滤网及民用纱窗网等。扁丝以ＨＤPE和LLDP Ｅ为原料,主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。 （6）电缆制品 PＥ广泛用于中、高压电缆的绝缘和护套材料,其中以LDPE为主，最高耐压可达22０kV。 （7)其它制品
树脂基复合材料的力学性能 力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。 2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表
目录 复合材料细观力学 (1) 简支层合板的自由振动 (9) 不同条件下对称层合板的弯曲分析 (14)
复合材料细观力学 ——混凝土细观力学 一、研究背景 复合材料细观力学 复合材料细观力学是20世纪力学领域重要的科学研究成果之一，是连续介质力学和材料科学相互衍生形成的新兴学科。 近20年来，我国科技工作者应用材料细观力学的理论和方法，成功研究了许多复合材料的增强，断裂和破坏问题，给出了一些特色和有价值的研究成果。 混凝土细观力学 混凝土作为一种重要的建筑材料已有百余年的历史，它广泛应用于房屋、桥梁、道路、矿井、及军工等诸多方面。在水工建筑方面，混凝土也被大量使用，特别是大体积混凝土，它是重力坝和拱坝的主要组成部分，对混凝土各项力学性能的准确把握及应用，在一定程度上决定了水工建筑物的质量和安全性能。 二、研究目的 长期以来，在混凝土应用的各个领域里，人们对混凝土的力学特性进行了大量的研究。如何充分的利用混凝土的力学性能，建造出更经济、更安全和更合理的建筑物或工程结构，一直都是结构工程设计领域研究的重要课题。 三、研究现状 混凝土是由粗骨料和水泥砂浆组成的非均质材料，它的力学性能
受到材料的品质、组分、施工工艺和使用条件等因素的影响。过去，人们对混凝土力学性能的研究很大程度上是依靠实验来确定的。随着实验技术的发展，混凝土各种力学性能被揭示出来。但由于实验需要花费大量的人力、物力和财力，而且所得到的实验成果往往由于实验条件的限制也是很有限的。 现代科学的一个重要的思维方式与研究方法就是层次方法，在对客观世界的研究中，当停留在某一层次，许多问题无法解决时，深入到下一个层次，问题就会迎刃而解。 对混凝土断裂问题的研究归纳为如下四个研究层次： 1)宏观层次：混凝土这种非均质材料存在着一个特征体积，经验的 特征体积相应于3～4倍的最大骨料体积。当混凝土体积大于这种特征体积时，材料被假定为均质的，当小于这种特征体积时，材料的非均质性将会十分明显。有限元计算结果反映了一定体积内的平均效应，这个特征体积的平均应力和平均应变称之谓宏观应力和宏观应变。 2)细观层次：在这个层次中，混凝土被认为是一种由骨料、砂浆和 它们之间的粘结带组成的三相非均质复合材料，细观内部裂隙的发展将直接影响混凝土的宏观力学性。细观层次的模型一般是毫米或厘米量级。 3)微观层次：在这个层次上，认为砂浆的非均质性是由浆体中的孔 隙所产生的。由于砂浆中孔隙很小而且量多，随机分布，水泥砂