人們對玻璃鋼電纜保護管複合材料的客觀規律的認識水平

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人們對玻璃鋼電纜保護管複合材料的客觀規律的認識水平
发布时间:2015-05-14 10:12:19  来源:本站  作者:畅元玻璃钢

 近幾年來,世界許多國家逐漸將碳纖維玻璃鋼電纜保護管复合材料应用于民用工业,我国在达方面也做了一些工作。用碳纤维玻璃鋼電纜保護管复合材料制造的部件已有。离心机主要部件.大功率发电帆的护环、通讯系统的天线反射器轴承、密封件、刹车片以及人工心脏瓣膜等。但由于我国目前碳i哥维的产量不大,品种也较少,且价格较贵,在某种程度上限剁了它的应用。预计随着原材料和制遣工艺的改进,产品的价格可望迅速下降。国际市塌上,一九六五年碳秆维的售价是500美元/磅,一九八O年则降为20美元/磅,这种趋势也展现了我国碳秆维及其玻璃鋼電纜保護管复合材料发展的前景。

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硼纤维的比模量较高,这对要求高刚度的构件来说,是一种极有吸引力的增强体。六十年代初期,我国就开始了对硼纤维及其玻璃鋼電纜保護管复合材料的研究,所研制的硼/铝玻璃鋼電纜保護管复合材料的机械性能和物理性能与国外当时的水平相接近。但由于硼秆维的生产工艺复杂,难于实现大规模生产,且价格昂黄,因而一武停留在实验研究中,溲有投入使用j后来,由于碳秆维及碳化硅鼾维的出现,并由于这些秆维的树脂基玻璃鋼電纜保護管复合材料的性能大都与硼秆维玻璃鋼電纜保護管复合材料相接近,同时在组织正业他生产和价格等方面却都优于硼秆维,因而硼秆维已没有大量发展的必要。一九六八年,美国杜邦公司研制成功了一种高强度、高模量的有机纤维——芳纶,一九七二年正式投产,商品名称为KevlQr,产品规格有Ketllor、.Kevlar一29和Kevlar一49等几种。前两种多用作增强橡胶制_晶的帘子线和制做汽车轮胎及防弹衣等,Kevlar一49则主要用于制造埘脂荩玻璃鋼電纜保護管复合材料。芳纶抗拉强度大,弹性模鼍高,密度小,且易于同树脂亲合,是制造结构玻璃鋼電纜保護管复合材料的良好增强体。芳纶与其它几种秆维的性能比较如下表。由于芳纶的此强度高于其它几种秆维,现已被成功地川于航天、航空、交通、运输等部门。
人們對玻璃鋼電纜保護管複合材料的客觀規律的認識水平
目前,在国外芳纶已完全代替_,高强坡璃秆维植绕成型人,固体火箭发动机燃烧窒壳体。对芳纶及其复合材科?我国已经开始}拜制,在原材料的合成、轩维生产及玻璃鋼電纜保護管复合材料的应用等方面都巳开展了工体。
碳化矽纖維是近年發展起康的一種性能較好的纖維。碳化矽稈維的突出優點是tj金屬可疽接複合,井能在1200℃的高溫下長期陡川,因而成爲一種引人矚目的的新型材料。碳化矽纖維有兩種類型:一是在鎢芯或碳絲芯上用氣相沈積法制成的碳化矽長稈維,一是由二甲基二氯矽烷經聚合、紡絲制成有機纖維後,再經高溫處理,比較終形成β型碳化矽連續纖維。前者工藝和硼纖維相類似,不便于大規模發展;後者由于原樹料豐富,工藝過程簡單,且易于組織工業化生産,現已由日本碳公司批量供應市場,商品名稱爲“尼卡龍”。
β型碳化硅秆维按其有机合成的原材料和制造工艺的不同,分为Mark—Ⅰ.Mark—Ⅱ、Mark—Ⅲ等类型,共性能如上表。碳化硅/环氧玻璃鋼電纜保護管复合材料的突出优点是它的层件剪切强度比较高,为碳/环氧层间剪切强度的1.5—2倍。β型碳化硅纤维与芳纶混杂绽用,可克服芳纶的许多弱点。卢型碳化硅秆维易与金属复合.可采用粉末冶金法、电镀法、等离子喷涂法、蒸镀法以及金属渗渍和压铸等方法制成铝、镁、镍、钛、铍、铬、铁、银、铜、鲇等金属基玻璃鋼電纜保護管复合材料。预计碳化硅秆维增强金属复合{才料将是。琶饥发动机和航天飞机结构的鞍为理想的材料。碳化硅秆维增强陶瓷玻璃鋼電纜保護管复合材料,可大大提高构件的使用温度,并能抵抗粒子云的侵蚀,是良好的防热与防核爆材料。近年来,我国已开始了对碳化硅纤维与支共玻璃鋼電纜保護管复合材料的研究工作。
随着玻璃鋼電纜保護管复合材料的发展,我国玻璃鋼電纜保護管复合材料的力学分为阳结构没计的水平也日盆提高。在玻璃鋼電纜保護管复合材料荩本力学性能测定、微观力学、结构稳定性计算、断裂力学、热应力热形变计算,以及限有元法、计算力学、优化设计等方面,都取}咎了进展。在这些方面,我国目前的水平与避界先进水平之间的差距,此材料工艺方而的差匝小。
玻璃鋼電纜保護管复合材料是力学工作着可以大显身手的新领域。在此领域领先的开拓者,主要是一些化学、化工和村料工艺力面的专家和学者。一般说来,他们在力学方面的知识是不足用以分析玻璃鋼電纜保護管复合材料的力学问题的。他们比较关注的是解决材料的“有无”和质量的“高低”问题,即首先把纤维增强玻璃鋼電纜保護管复合材料和由它组成的结构制造出来,而把结构是否合理、重量是否比较轻、材料的效能是否比较高、价格是否比较低等问题留给力学专家家们去解决,回头再以力学家们的观点来检查比较初采用玻璃鋼電纜保護管复合材料的结构,就会发现没计方法尽管简便和实用,但却显得过于粗糙。例如等代设计:把玻璃鋼電纜保護管复合材料作为常规材料简单的代用品,州与常规材料相同的结构型式、尺寸、形状甚至连接方式日:制做玻璃鋼電纜保護管复合材料的结构件;网格分析:在力学分析巾,认为秆维玻璃鋼電纜保護管复合材料中只有纤维承力,完全忽略基体的存在及其作用;各向同性设计:不认为玻璃鋼電纜保護管复合材料的备向异睦是一种可资利用的优势,反而为其区N-J:常规材料的各向同性而苦恼,甚至把玻璃鋼電纜保護管复合材料的各向异性看作是这种材料的“缺点”,在结构设计中加以“修正”,即将玻璃鋼電纜保護管复合材料的备向异性人为地造成各向同性;对称设计;为避免由于固化温度和使用温度之间的差别引起的热翘曲而普逼采用一种叠层方式。
上述的几种历史上采用过或目前仍火量健Jfj的设计与分析方法,反映了人們對玻璃鋼電纜保護管複合材料的客觀規律的認識水平。达些设计方法还不能垒盘否定。例如,对于不必进行细致分析的部位或在时间不允许进行细致分析的条件下,等代设计‘是一种可以迅速解决问题的近似方法;网格分析对于秆维糖绕内压容器来说,可给出铺层此的简便的工艺设计;各向同性设计对承受载荷方向多变的部件是有用的;对称铺层可简化工艺操作。但是,达些设汁方法不分具体条件的到处套用,则会限制玻璃鋼電纜保護管复合材料固有优势的充分发挥。~·般来说,它将使结构偏于笨拙、保守、用料多、造价贵,而可靠性却不见得高。有人估计,现在使用的玻璃秆维增强玻璃鋼電纜保護管复合材料,一般仅发挥了秆维强度潜力的30",一60%。由此可见,即使利用现有的秆维和基体,只要进行合理的设计,就可使玻璃鋼電纜保護管复合材料结构性能发生显著的飞跃。

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