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
發佈時間:2015-05-14 10:12:19  來源:本站  作者:暢元玻璃鋼

 近幾年來,世界許多國家逐漸將碳纖維玻璃鋼電纜保護管複合材料應用於民用工業,我國在達方面也做了一些工作。用碳纖維玻璃鋼電纜保護管複合材料製造的部件已有。離心機主要部件.大功率發電帆的護環、通訊系統的天線反射器軸承、密封件、剎車片以及人工心臟瓣膜等。但由於我國目前碳i哥維的產量不大,品種也較少,且價格較貴,在某種程度上限剁了它的應用。預計隨着原材料和制遣工藝的改進,產品的價格可望迅速下降。國際市塌上,一九六五年碳稈維的售價是500美元/磅,一九八O年則降爲20美元/磅,這種趨勢也展現了我國碳稈維及其玻璃鋼電纜保護管複合材料發展的前景。

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硼纖維的比模量較高,這對要求高剛度的構件來說,是一種極有吸引力的增強體。六十年代初期,我國就開始了對硼纖維及其玻璃鋼電纜保護管複合材料的研究,所研製的硼/鋁玻璃鋼電纜保護管複合材料的機械性能和物理性能與國外當時的水平相接近。但由於硼稈維的生產工藝複雜,難於實現大規模生產,且價格昂黃,因而一武停留在實驗研究中,溲有投入使用j後來,由於碳稈維及碳化硅鼾維的出現,並由於這些稈維的樹脂基玻璃鋼電纜保護管複合材料的性能大都與硼稈維玻璃鋼電纜保護管複合材料相接近,同時在組織正業他生產和價格等方面卻都優於硼稈維,因而硼稈維已沒有大量發展的必要。一九六八年,美國杜邦公司研製成功了一種高強度、高模量的有機纖維——芳綸,一九七二年正式投產,商品名稱爲KevlQr,產品規格有Ketllor、.Kevlar一29和Kevlar一49等幾種。前兩種多用作增強橡膠制_晶的簾子線和製做汽車輪胎及防彈衣等,Kevlar一49則主要用於製造塒脂藎玻璃鋼電纜保護管複合材料。芳綸抗拉強度大,彈性模鼉高,密度小,且易於同樹脂親合,是製造結構玻璃鋼電纜保護管複合材料的良好增強體。芳綸與其它幾種稈維的性能比較如下表。由於芳綸的此強度高於其它幾種稈維,現已被成功地川於航天、航空、交通、運輸等部門。
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,在國外芳綸已完全代替_,高強坡璃稈維植繞成型人,固體火箭發動機燃燒窒殼體。對芳綸及其複合材科?我國已經開始}拜制,在原材料的合成、軒維生產及玻璃鋼電纜保護管複合材料的應用等方面都巳開展了工體。
碳化硅纖維是近年發展起康的一種性能較好的纖維。碳化硅稈維的突出優點是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。碳化硅纖維有兩種類型:一是在鎢芯或碳絲芯上用氣相沉積法制成的碳化硅長稈維,一是由二甲基二氯硅烷經聚合、紡絲製成有機纖維後,再經高溫處理,比較終形成β型碳化硅連續纖維。前者工藝和硼纖維相類似,不便於大規模發展;後者由於原樹料豐富,工藝過程簡單,且易於組織工業化生產,現已由日本碳公司批量供應市場,商品名稱爲“尼卡龍”。
β型碳化硅稈維按其有機合成的原材料和製造工藝的不同,分爲Mark—Ⅰ.Mark—Ⅱ、Mark—Ⅲ等類型,共性能如上表。碳化硅/環氧玻璃鋼電纜保護管複合材料的突出優點是它的層件剪切強度比較高,爲碳/環氧層間剪切強度的1.5—2倍。β型碳化硅纖維與芳綸混雜綻用,可克服芳綸的許多弱點。盧型碳化硅稈維易與金屬複合.可採用粉末冶金法、電鍍法、等離子噴塗法、蒸鍍法以及金屬滲漬和壓鑄等方法制成鋁、鎂、鎳、鈦、鈹、鉻、鐵、銀、銅、鮎等金屬基玻璃鋼電纜保護管複合材料。預計碳化硅稈維增強金屬複合{纔料將是。琶飢發動機和航天飛機結構的鞍爲理想的材料。碳化硅稈維增強陶瓷玻璃鋼電纜保護管複合材料,可大大提高構件的使用溫度,並能抵抗粒子雲的侵蝕,是良好的防熱與防核爆材料。近年來,我國已開始了對碳化硅纖維與支共玻璃鋼電纜保護管複合材料的研究工作。
隨着玻璃鋼電纜保護管複合材料的發展,我國玻璃鋼電纜保護管複合材料的力學分爲陽結構沒計的水平也日盆提高。在玻璃鋼電纜保護管複合材料藎本力學性能測定、微觀力學、結構穩定性計算、斷裂力學、熱應力熱形變計算,以及限有元法、計算力學、優化設計等方面,都取}咎了進展。在這些方面,我國目前的水平與避界先進水平之間的差距,此材料工藝方而的差匝小。
玻璃鋼電纜保護管複合材料是力學工作着可以大顯身手的新領域。在此領域領先的開拓者,主要是一些化學、化工和村料工藝力面的專家和學者。一般說來,他們在力學方面的知識是不足用以分析玻璃鋼電纜保護管複合材料的力學問題的。他們比較關注的是解決材料的“有無”和質量的“高低”問題,即首先把纖維增強玻璃鋼電纜保護管複合材料和由它組成的結構製造出來,而把結構是否合理、重量是否比較輕、材料的效能是否比較高、價格是否比較低等問題留給力學專家家們去解決,回頭再以力學家們的觀點來檢查比較初採用玻璃鋼電纜保護管複合材料的結構,就會發現沒計方法儘管簡便和實用,但卻顯得過於粗糙。例如等代設計:把玻璃鋼電纜保護管複合材料作爲常規材料簡單的代用品,州與常規材料相同的結構型式、尺寸、形狀甚至連接方式日:製做玻璃鋼電纜保護管複合材料的結構件;網格分析:在力學分析巾,認爲稈維玻璃鋼電纜保護管複合材料中只有纖維承力,完全忽略基體的存在及其作用;各向同性設計:不認爲玻璃鋼電纜保護管複合材料的備向異睦是一種可資利用的優勢,反而爲其區N-J:常規材料的各向同性而苦惱,甚至把玻璃鋼電纜保護管複合材料的各向異性看作是這種材料的“缺點”,在結構設計中加以“修正”,即將玻璃鋼電纜保護管複合材料的備向異性人爲地造成各向同性;對稱設計;爲避免由於固化溫度和使用溫度之間的差別引起的熱翹曲而普逼採用一種疊層方式。
上述的幾種歷史上採用過或目前仍火量健Jfj的設計與分析方法,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。達些設計方法還不能壘盤否定。例如,對於不必進行細緻分析的部位或在時間不允許進行細緻分析的條件下,等代設計‘是一種可以迅速解決問題的近似方法;網格分析對於稈維糖繞內壓容器來說,可給出鋪層此的簡便的工藝設計;各向同性設計對承受載荷方向多變的部件是有用的;對稱鋪層可簡化工藝操作。但是,達些設汁方法不分具體條件的到處套用,則會限制玻璃鋼電纜保護管複合材料固有優勢的充分發揮。~·般來說,它將使結構偏於笨拙、保守、用料多、造價貴,而可靠性卻不見得高。有人估計,現在使用的玻璃稈維增強玻璃鋼電纜保護管複合材料,一般僅發揮了稈維強度潛力的30",一60%。由此可見,即使利用現有的稈維和基體,只要進行合理的設計,就可使玻璃鋼電纜保護管複合材料結構性能發生顯著的飛躍。

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