碳纤维、玄武岩圆柱状复合材料的性能研究答辩ppt.ppt

1、LOGO碳纤维、玄武岩圆柱状复合材料碳纤维、玄武岩圆柱状复合材料的性能研究的性能研究n答辩人：答辩人：*n学学 号：号：100901133100901133n指导教师：指导教师：*n从早期最原始的复合材料的应用从早期最原始的复合材料的应用,发展到今天高性能纤发展到今天高性能纤维增强的先进复合材料维增强的先进复合材料,每一次高性能复合材料的出现每一次高性能复合材料的出现,都都伴随着人类发展的巨大进步。先进复合材料由于比伴随着人类发展的巨大进步。先进复合材料由于比强度高、比刚度大并且有耐高温强度高、比刚度大并且有耐高温、耐辐射及尺寸稳定耐辐射及尺寸稳定等特殊性能等特殊性能,因而比传统的金属材料等更

2、适合用作飞机、因而比传统的金属材料等更适合用作飞机、宇宙飞行器及某些尖端工业等的构件材料。随着技术宇宙飞行器及某些尖端工业等的构件材料。随着技术的不断进步的不断进步,借助于先进复合材料借助于先进复合材料,人类逐步取得了越人类逐步取得了越来越实用的高性价比工业设计。来越实用的高性价比工业设计。纤维增强复合材料的重要性纤维增强复合材料的重要性研究背景研究背景u玄武岩纤维的物理和化学特性优越，具有较高的拉伸强度、弹玄武岩纤维的物理和化学特性优越，具有较高的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率，化学特性稳定，耐水、酸、碱等介质侵性模量和断裂伸长率，化学特性稳定，耐水、酸、碱等介质侵蚀的能力强。蚀的能力强。u

3、以玄武岩制造的复合材料管材可用于石油开采、炼油、天然气以玄武岩制造的复合材料管材可用于石油开采、炼油、天然气化工、石油化工等工业管道，可大幅度减少检修工作量和避免化工、石油化工等工业管道，可大幅度减少检修工作量和避免断裂，特别对于腐蚀性液体和气体的输送管道有更好的使用效断裂，特别对于腐蚀性液体和气体的输送管道有更好的使用效果和性价比。果和性价比。u碳纤维密度小、强度及模量高、纤维细而柔软、导电导热性和碳纤维密度小、强度及模量高、纤维细而柔软、导电导热性和射线透过性及电磁波屏蔽性好、热膨胀系数小、耐高温、耐腐射线透过性及电磁波屏蔽性好、热膨胀系数小、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变，对生物体有适应

4、性。蚀、抗疲劳、抗蠕变，对生物体有适应性。u碳纤维复合材料因其较高的比强度、比模量适用于航空航天工碳纤维复合材料因其较高的比强度、比模量适用于航空航天工业、地面交通工具、造船工业、码头和海上设施、体育用品、业、地面交通工具、造船工业、码头和海上设施、体育用品、冶金、石油、机械工业等领域。随着碳纤维生产规模的扩大和冶金、石油、机械工业等领域。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。研究目的研究目的 （1 1）研究

5、玄武岩实心圆柱状复合材料来代替钢筋应研究玄武岩实心圆柱状复合材料来代替钢筋应用于建筑等其他领域。用于建筑等其他领域。（2 2）研究玄武岩圆管状复合材料来用于石油开采、）研究玄武岩圆管状复合材料来用于石油开采、炼油、天然气化工、石油化工等工业管道。炼油、天然气化工、石油化工等工业管道。（3 3）研究碳纤维复合材料应用于飞机及高速列车刹）研究碳纤维复合材料应用于飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承。碳纤维轴承。研究内容和方法研究内容和方法u 本课题要研究的是玄武岩、碳纤维圆柱状复合材料的本课题要研究的是玄武岩、碳纤维圆柱

6、状复合材料的 性能。性能。u （1 1）通过查阅相关文献，查找树脂材料的详细资料，了解各种树）通过查阅相关文献，查找树脂材料的详细资料，了解各种树脂的性能及应用范围，找出适合本实验的树脂材料；脂的性能及应用范围，找出适合本实验的树脂材料；（2 2）通过树脂与纤维间结合力的测试，确定最佳的树脂粘度；）通过树脂与纤维间结合力的测试，确定最佳的树脂粘度；（3 3）自主设计并加工出一套复合材料的成型装置；）自主设计并加工出一套复合材料的成型装置；（4 4）通过改变不同参数制备纤维增强复合材料，并通过实验室的）通过改变不同参数制备纤维增强复合材料，并通过实验室的万能强力机进行性能测试。万能强力机进行性能

7、测试。研究流程研究流程u玄武岩纤维、碳纤维强伸性能的研究玄武岩纤维、碳纤维强伸性能的研究u玄武岩纤维、碳纤维的耐酸碱性实验研究玄武岩纤维、碳纤维的耐酸碱性实验研究u树脂与纤维间结合力的实验研究树脂与纤维间结合力的实验研究u圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究u拉伸性能拉伸性能u弯曲性能弯曲性能u压缩性能压缩性能复合材料的成型工艺复合材料的成型工艺u手糊成型工艺手糊成型工艺u缠绕成型工艺缠绕成型工艺u拉挤成型工艺拉挤成型工艺u模压成型工艺模压成型工艺u铺放成型工艺铺放成型工艺 是自动铺丝束成型技术和自动窄带铺放成型技术的统称，是在已有缠绕和自动铺放技术基础上发

8、展起来的一种全自动制造技术。本课题成型工艺和装置本课题成型工艺和装置u本课题结合手糊成型工艺和缠绕成型工艺自主设计并加工了本课题结合手糊成型工艺和缠绕成型工艺自主设计并加工了一套复合材料成型装置，原理图如下：一套复合材料成型装置，原理图如下：1717缠绕长丝缠绕长丝11玄武岩玄武岩纤维纤维22导纱钩导纱钩55轴轴承承1 166轴轴承承2 21111固定固定钩钩2 21313轴轴承承3 399固定固定钩钩1 11010试样试样1515轴轴承承4 41212转动轴转动轴2 21616转动转动手柄手柄2 233横横动动螺母螺母44丝丝杠杠77制制动轴动轴88固定固定钩钩1 188转动轴转动轴1 11

9、414转动转动手柄手柄1 1本课题成型装置实物图本课题成型装置实物图一、玄武岩长丝、碳长丝强伸性能的研究一、玄武岩长丝、碳长丝强伸性能的研究u玄武岩长丝强伸性实验玄武岩长丝强伸性实验u小结：玄武岩长丝剪切强度是断裂强度的小结：玄武岩长丝剪切强度是断裂强度的75.3%75.3%。u碳长丝强伸性实验碳长丝强伸性实验u小结：碳长丝剪切强度是断裂强度的小结：碳长丝剪切强度是断裂强度的73.2%73.2%。碳长丝拉伸是玄武岩拉伸的碳长丝拉伸是玄武岩拉伸的2.662.66倍；碳剪切强度是玄武岩剪切强度的倍；碳剪切强度是玄武岩剪切强度的2.582.58倍。倍。实验指标实验指标断裂强力断裂强力/N断裂强度断裂

10、强度/CN/tex断裂伸长率断裂伸长率/%玄武岩拉伸玄武岩拉伸147.68344.7526.459玄武岩剪切玄武岩剪切111.26733.7193.999实验指标实验指标断裂强力断裂强力/N断裂强断裂强度度/CN/tex断裂伸长率断裂伸长率/%碳拉伸碳拉伸950.685118.8366.222碳剪切碳剪切695.64886.9563.866二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究u不同时间酸碱处理对玄武岩拉伸性能的影响不同时间酸碱处理对玄武岩拉伸性能的影响u小结：玄武岩经过小结：玄武岩经过10%10%盐酸处理后，前盐酸处理后，前3 3个小时强度降低较快，

11、个小时强度降低较快，下降为原来的下降为原来的86%86%，3 3个小时之后强度趋于稳定；玄武岩经过个小时之后强度趋于稳定；玄武岩经过1mol/L1mol/L氢氧化钠处理后，前氢氧化钠处理后，前1h1h断裂强度降为原来的断裂强度降为原来的86%86%，1h1h之后强力趋于稳定。之后强力趋于稳定。二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究u不同时间酸碱处理对玄武岩剪切性能的影响不同时间酸碱处理对玄武岩剪切性能的影响u小结：玄武岩经过小结：玄武岩经过10%10%盐酸处理盐酸处理1h1h后剪切强度降为原来的后剪切强度降为原来的68%68%，之后强度不变，之后强度不

12、变，5h5h之后强度有所增加，变为原来的之后强度有所增加，变为原来的84%84%，4848小时之后强度增大到原来的小时之后强度增大到原来的93%93%；也可以看出，玄武岩经；也可以看出，玄武岩经过过1mol/L1mol/L氢氧化钠处理后剪切强度一直下降，氢氧化钠处理后剪切强度一直下降，48h48h后降为原后降为原来的来的20%20%。二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究u不同时间酸碱处理对碳拉伸性能的影响不同时间酸碱处理对碳拉伸性能的影响u小结：碳经过小结：碳经过10%10%盐酸处理盐酸处理1h1h后拉伸断裂强度下降，强度降为后拉伸断裂强度下降，强度

13、降为原来的原来的73%73%，1h1h后强度趋于稳定；也可以看出，碳经过后强度趋于稳定；也可以看出，碳经过1mol/L1mol/L氢氧化钠处理氢氧化钠处理1h1h后拉伸断裂强度降为原来的后拉伸断裂强度降为原来的75%75%，之后，之后强度趋于稳定，强度趋于稳定，48h48h之后强度提高到原来的之后强度提高到原来的96.5%96.5%。二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究u不同时间酸碱处理对碳剪切性能的影响不同时间酸碱处理对碳剪切性能的影响u小结：碳经过小结：碳经过10%10%盐酸处理后剪切强度基本不变；也可以看盐酸处理后剪切强度基本不变；也可以看出，

14、碳经过出，碳经过1mol/L1mol/L氢氧化钠处理后剪切强度基本不变。氢氧化钠处理后剪切强度基本不变。二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究二、玄武岩长丝、碳长丝的耐酸碱性实验研究u结论：玄武岩、：玄武岩、碳碳长丝具有很强的具有很强的耐酸耐酸碱碱性，玄武岩的耐酸性略强于性，玄武岩的耐酸性略强于耐耐碱碱性。性。三、树脂与纤维间结合力的实验研究三、树脂与纤维间结合力的实验研究u单根玄武岩根玄武岩复复丝粘粘结力力u两两根玄武岩根玄武岩复复丝粘粘结力力u小结：不管单根或两根玄武岩复丝，树脂质量分数为小结：不管单根或两根玄武岩复丝，树脂质量分数为54.6%54.6%时粘结力是最大的。时粘结力是最大的

15、。树脂质树脂质量分数量分数70.6%61.5%54.6%50.0%44.4%粘结力粘结力3.196.546.736.443.99树脂质树脂质量分数量分数70.6%61.5%54.6%50.0%44.4%粘结力粘结力12.1810.9312.199.999.11三、树脂与纤维间结合力的实验研究三、树脂与纤维间结合力的实验研究u单根根碳复碳复丝粘粘结力力u两两根根碳复碳复丝粘粘结力力u小结：不管单根或两根碳复丝，树脂质量分数为小结：不管单根或两根碳复丝，树脂质量分数为54.6%54.6%时粘时粘结力是最大的。结力是最大的。树脂质树脂质量分数量分数70.6%61.5%54.6%50.0%44.4%粘

16、结力粘结力3.196.546.736.443.99树脂质树脂质量分数量分数70.6%61.5%54.6%50.0%44.4%粘结力粘结力3.196.546.736.443.99四、圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究四、圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究u玄武岩复合材料的制玄武岩复合材料的制备四、圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究四、圆柱状玄武岩复合材料的制备及性能研究u玄武岩圆柱状复合材料的拉伸性能玄武岩圆柱状复合材料的拉伸性能u 捻度相同根数不同时的复合材料拉伸指标捻度相同根数不同时的复合材料拉伸指标 小结：拉伸强度比较：试样小结：拉伸强度比较：试样11试样试样55试样试样2 2；拉伸断裂应；拉伸断裂应力比较：试样力比较：试样11试样试样55试样试样2 2。因此，当捻度相同时：根。因此，当捻度相同时：根数越少，玄武岩和树脂的比值偏大点性能比较好。数越少，玄武岩和树脂的比值偏大点性能比较好。试样试样捻度捻度根数根数拉伸断裂应拉伸断裂应力力/MPa拉伸强度拉伸强度/MPa1217019.4847.582220015.0936.875223015.3637.50四、圆柱状玄武岩复合材