《复合材料手册》参考书籍中文电子版（共五卷）第二卷聚合物基复合材料性能.pdf_大学文库

第1章总的说明 1.1引言已经公认，把以统计为基础的力学性能数据库、其使用的程序以及对复合材料体系表征与应用的全部指导原则等加以标准化，这对制造厂商和政府机构都是有利的。同时也认识到，对于任何工程材料体系的性能进行全面的表征，将取决于材料本身的物理与化学构成，而这将领先于具体的应用，并与具体的应用无关。因此，在材料体系表征的层次上，这个手册所包括的数据和指南适用于军用和民用的产品，并对建立为认证或采购部门认可的统计有效的设计值，提供了技术基础。这个标准化手册的编制与维护，己是美国国防部(DoD)和美国联邦航空局(FAA) 的一项联合计划项目。其目标是，对于现有和新出现复合材料，使得其建立和分析力学性能数据所用的方法朝着标准化的方向发展。 1.2第二卷的目标和范围本手册的主要关注点，是选择和使用复合材料的指导原则。本卷所收集、提供的数据，使得人们能够对某个具体应用中的材料适用性作出初步估计。卷中提供了一个公共的数据库，在将这些数据用于设计目的时，该数据库将能够显著减少所需证实的数据总量。不得援引本手册作为对国防部(D0D)承包合同方的要求。本卷对于现有和新出现的聚合物基复合材料，提供了一个以统计为基础的力学性能数据的标准来源。适用时，还提供了复合材料各组分—纤维、基体材料和预浸料—的物理、化学和力学性能值。随后的各章包括了不同复合材料体系的数据汇总。个别章专注于特定类型的增强纤维。强度和破坏应变性能按照平均值和A基准值和/或B基准值给出。A 和B统计许用值是按照第一卷中的方法确定的，对刚度只给出平均值，对所有的数据项都给出了最大和最小数据点，并给出了变异系数。确认能达到与所需危险水准（概率与置信度）相应的统计性能，这应当是使用者本身的责任。应该按照第一卷第2章所述，确认制造商能够达到同样统计性能的能力。关于利用本卷数据的具体程序，见第一卷23.7节。历史上，这个手册中的多数数据赋值来源于航空航天飞行关键结构的经验，然而，所有（无论军用或民用的)运输工业（航空航天、地面、铁路、与海运），以及其他应用情况（包括民用基础设施和一般的工业产品）都将发现这本手册是有用的。加入与更加广泛应用情况有关补充信息的工作正在进行之中。初步的输入信息主要是预浸带和织物的单层力学性能。材料的范围已经扩展到包含树脂转移模塑和修理用材料，覆盖的性能范围扩展到包含了层压板制品。预期这种性能和材料形式的扩展趋势还将继续下去。给出了每种复合材料体系以统计为基础，在使用环境范围内的强度性能。其意图是提供在环境范围上限和下限时具体材料的数据。如果有中间环境条件的数据，则将其包括进来，以帮助确定在这个环境范围内的变化关系。当分析的能力允许进行单层级和层压板级

的安全裕度校核时，可以把这个以统计为基础的强度性能作为建立结构设计许用值的起点。有时必须要用较高级别（元件、组合件、全尺寸件）的试验来经验地确定某些结构的设计许用值，因为它们可能与设计的几何形状及设计原理有关，这取决于具体的应用。当有额外的信息和性能，并证明其满足本手册的标准后，将被增补到本手册之中。这里所包括的统计数据都是只由试件试验得出的，除非另外说明，试件的尺寸符合所用具体试验方法的规定。在第一卷中推荐了标准的试验方法。在第二卷中，仅限于用第一卷所推荐试验方法得出的那些数据，在这卷中的数据可能是由多个来源提供的，若所列出的性能取自多个来源时，已经按照第一卷第2章和第8章的方法对各个来源之间的变异性，进行了统计评估。如果变异性足够小，并可以把数据视为来自同一母体时，则将这些数据赋值联合，作为一个数据赋值进行处理。当数据赋值之间的差异合理时，则将两个数据赋值都提供出来（例如，第二卷4.2.8节）。当把这里所包括的数据转换用于与这个文件规定不同的其他生产场所、试件尺寸、温度、湿度或其他环境时，设计师、制造商及所有的用户均要自负其责。这个文件中还未涉及的问题有尺寸效应，以及所选试验方法对性能的影响。一般而言，选用哪个性能用于个具体应用或设计的决定，是用户的责任，已经超出了这个手册的范围。MIL-HDBK-I7 第3卷中阐述了有关本卷数据的某些设计应用问题，但要满足最终用户、客户以及适航条例要求，这是本手册使用者的责任。在第4章到第10章各节的开头，对材料、材料使用指南、以及数据统计分析和技术分析的细节提供了概述。在1.4节中详细介绍了每个数据赋值中所有信息的格式。可在第2 章和第3章中找到有关纤维和/或基体材料的更详细说明。 1.3手册的数据组织在第二卷中的数据按照纤维性能、树脂性能以及复合材料性能分章，按先纤维后树脂的顺序排列。 1.3.1纤维性能在第二卷第2章中提供了纤维的性能。其中包括不同纤维类型，如玻璃纤维和碳纤维的章节。纤维性能及性能数据的获取方法在第一卷第3章中进行了讨论。 1.3.2基体性能在第3章中将包括基体或树脂的性能，按照树脂的类型分节。例如，在32节将给出环氧树脂的数据，而33节将提供聚酯树脂的数据。在第一卷第4章中介绍了树脂性能及性能数据的获取方法。 13.3复合材料的性能第二卷的其余各章将提供预浸料、单层、层压板和连接的性能。关于材料的表征在第一卷第5章作了讨论：而有关单层和层压板的性能与定义则见第一卷第6章：有关结构元件的性能在第一卷第7章给出；第一卷第8章中讨论了确定这些性能所用的统计方法。还将有些单独的章用于按纤维进行分类的复合材料，例如第4章介绍了碳纤维复合材料。 2

1.4数据的表示这节提供信息说明在本卷中数据是如何表示的，一方面帮助正确理解所提出的数据，一方面保证数据表达是一致的。被括在)中的信息，表示数据应当包括在给定域内。不适用的或尚未得到的数据则被省略。根据以下信息确定每节的标题： {纤维商业名称}{纤维数}/{基体商业名称}{单向带/织物类型/织物形式}{关键工艺信息} 带/织物类型的例子包括单向带、平纹织物以及五综锻织物。织物形式是一些说明性的编码，最通常用于玻璃纤维织物，例如7781。当有必要区别不同数据赋值时，就显示附加的信息。这包括材料信息如玻璃纤维表面处理剂，或关键的处理信息如渗或无渗漏。如果在数据赋值中包括了一个有关数据文件的警告信单个的数据表息，则在这个节的标题后带一个星号。每节包含3类信息（图1.4）。由数据赋值数据总汇表描述识别出具体的材料体系，提供所选供应商信息，并讨论在数据赋值中出现的任何异常。由汇数据成伯描述总数据表给出该节性能类型和数据分类概述。一些单独数据表则提供数据分析的详细内容。对该数据赋值的每种试验类型、加载方向铺层，包括在一个分离的单独数据表中。以下部分说明每图1.4各节数据的信息类型种子节的内容与格式。 1.4.1数据赋值的描述每节的首页提供总的信息。材料描述：材料一所试验材料的{纤维商业名称}{纤维数基体商业名称形式一—所试验材料的说明，包括单向带或织物类型、纤维面积名义重量、固化后典型的树脂含量、固化后典型的单层厚度、浸润剂、增黏剂或粘接剂（类型、形式、制造商及普通名称)和或稀纱布纤维种类和相应稀纱布织物形式。这个信息是其随后的数据赋值特有的。工艺一工艺的说明，包括在第一卷表2.5.6中上艺描述拦下所列的信息。一般供应商的信息：这部分给出通常由材料供应商所提供的信息，不要求查实。纤维：通常包括前驱体、表面处理、加捻、纤维数、典型拉伸模量或模量族以及典型的拉伸强度。基体：通常包括树脂类型、固化温度族、特征描述，最大使用温度：干态和湿态情况的最大使用温度。典型应用：对应用的简要描述。可以一般化为“通常结构应用”，或按照关键特性更具体化。数据分析橛要：这部分包括由数据的统计分析得到的有关信息。如果在这部分没有包括其他信息，则无数据分析

试验：通常包括不同于标准试验方法的信息。异常：通常包括观察到的异常数据信息（特别在将多批数据巢合之后）及其分布（参见第一卷2.5.8节和2.4.4节)。批次定义：通常包括与复合材料各批次中纤维和基体组无关的信息。各批之间变异性和数据赋值集合：通常包括对基于批次变异性是否进行集合作出决定的有关信息，还可能包括有关批次性能的信息，例如某批的结果一贯不同于其他的批次。补充说明：有关秘书处或数据评估工作组在：分析和评估该数据时对特别关注的其他问题的注释或注解。工艺路线：可能时给出工艺路线，包括的内容是基于规范的工艺历程，即各种工艺参数施加的坡度和相对时间。铺层示意图：可能时给出铺贴过程的草图，包括封袋、阻挡和吸胶材料等。数据部分的其余各页用于提供数据，这些数据经过秘书处分析，由数据评估工作组评估然后由协调组批准，它们用表格给出，这将在下面详细说明。各节中表格的顺序与汇总表中性能的排序相同。 1.4.2概要表概要信息第1页的格式见表1.4.2()。对图中不同部分进行了编号，在正文带圆圈编号的条目中说明其详细情况。 ①数据部分的头一组信息是概要表，包含了材料和L艺等信息。用右上角处的粗黑边方框识别第1个概要表。纤维类型基体类型}{名义FAW}-{带/织物类型} {纤维{基体3 概要这个方框包含了材料的纤维/基体种类（例如碳/环氧树脂），用1.5.1节中的材料体系编码加以识别。和纤维/基体种类一起的是名义的纤维面积重量，以及缩写的带/织物类型。带和织物的缩写包括UT(单向带)、PwW(平纹)或HS(综缎)，由纤维和基体名称的结合进行材料的识别。 ②按复合材料、固化前形式、纤维和基体给出材料的信息。（由材料窗口给出的）复合材料标识与标题部分相同。对固化前形式的描述取决于其类型。对于预浸料，其描述形式包括： {制造厂商}{商业名称}{机织样式}{带/织物类型}预浸料对于预浸织物，如果有，将包括经向和纬向纤维的间隔。对于RTM和湿织物铺贴情况，固化前形式的描述包括 {制造厂商}{织物形式（若为玻璃纤维）}{机织样式}{单位丝束数×单位丝束数} {织物的浸润剂标识}{织物的浸润剂含量}，{增黏剂}增黏剂+{液态/薄膜}树脂如果使用了粘接剂，则用粘接剂的信息取代增黏剂的信息。纤维的标识包括：{制造厂商}{商业名称}{纤维数}浸润剂}{浸润剂数量}{捻度}

{[未]表面处理/表面处理类型}，树脂的标识为制造厂商}{商业名称}。 ③按表1.4.2(b),用增强体应用过程（如何把纤维/预成形件合成-一体的)再加上固化工艺的类型（部件是如何固化模压成形的），给出全部工艺处理信息。对一个或多个工艺步骤，提供基本的工艺信息，包括工艺步骤的类型（按表1.4.2(b)、温度、压力、持续时间以及其他任何的关键参数。可以用图形作为这概要信息的一部分，提供更完整的描述 (参见1.4.1节)。 ④给出干态和湿态的玻璃化转变温度，以及得到这些数据所用的方法（参见第一卷第6.63节)。由基体供应商处得到的可能是名义值。 ⑤对有限数据文件的任何警告在数据陈述的各页给出。在数据部分首页，警告显示在材料标识框下方。 ⑧在材料标识框下方的方框内，介绍与材料制造与试验有关的各种日期。数据提交的日期决定了这个数据赋值适用的数据文件要求（第一卷2.5.6节）：而分析的日期则决定了所使用的统计分析技术（第一卷83节）。适当时，例如对持续数月的试验，给出日期的范围。 ⑦单层的性能是按每个性能所提供的数据类型加以汇总的。单层的性能汇总表的各列定义了环境条件。第1列包含室温大气环境或干态的数据，干态数据只在用了干燥过程时使用，大气环境是指制造后随即置于实骏室大气条件下。其他列按照吸湿量从低到高排列，而在给定的吸湿量内则从低温排到高温。如果有足够空间，则用空列将室温大气/干态列和其他列隔开，并把每种湿度条作彼此隔开。单层性能汇总表的各行则区分试验的类型与方向。每个汇总表包含了基本的力学性能。如果有数据，按照以下顺序增添额外的性能： SB强度，3！平面 Gc CTE1轴 SB强度.23平面 Guc CTE2轴 CTE3轴 ⑧对每一种试验类型和方向，给出了强度、模量、泊松比和破坏应变各类数据的符号。这些符号列在表1.4.2(c)中。例如，如果在RTA和拉伸1轴条目下的符号是B-S,则有室温大气下的拉伸强度、模量和破坏应变的数据。其中的破折号表示没有泊松比的数据。其强度数据为B30（充分取样)，模量数据为临时值，而破坏应变要筛选。在第一卷2.5.1 节定义了数据的种类，并汇总在表1.4.2（℃）中。某些试验方法，例如短梁强度，只得出筛选数据。表1.42(a)概要表的格式，首页材料： {纤维}{纤维数以基体}（织物样式}{带织物} ® ① 形式： {输入取决于预乐实形式的类型与工艺处理影纤维： (制造商}{商业名}{纤维数)（浸润剂：（捻度} 基体：（制选商}{商业名）固化工艺： {增强物施用)，{模压类塑}{工艺步骤类型}：（温度，{持接时间{压} ③ Tg(千态)： XXXC T慰混态)：XXX℃ Tg测量方法：{方法④ 5

表1.4.2(C)MIL-HDBK-17数据种类与最低取样要求最低要求名称符号说明批数试件数 A75 A-基准-充分取样 10 75 A55 a A基准-简化取样 5 55 B30 B B基准-充分取样 5 30 B18 6 B-基准-简化取样 3 18 M g 平均值 3 18 临时值 3 15 S 饰选值关于汇总信息第2页（表1.4.2(d)的说明： ①任何警告都安排在此页的顶部。 ②汇总信息第2页项部的方框，给出了这个数据赋值的基本物理参数。在第1个数据列内包含了名义值和典型的规范信息。这个信息可能与该数据赋值中直接使用的信息不匹配，例如按预浸料制造商所提供的名义纤维体积含量可能是某个值，而在本手册内，将按照第一卷2.5.7节把该值归一化为一个不同的值以满足一致性要求。如果不能够得到名义值，可以由其他信息计算出一个或多个名义值。例如如果得不到名义的复合材料密度值，则可由名义的纤维密度、基体密度和纤维体积，来算出这个名义复合材料密度值。在这个情况下，用注来说明这个计算。如果数据源没有提供名义纤维体积含量，则假定空隙含量为0%，并根据树脂含量、纤维密度和复合材料密度来计算该值。 ③第2列数据给出了所提供数据赋值的系列数值。这些数据可能彼此并不直接相关。例如，纤维体积含量和纤维面积重量可能是批次的平均测量值，而化后的层厚则通常是以各单独试件的测量值为基础的。 ④最后一列给出获得这些数据所使用的试验方法，在早期版本的数据文件要求中没有包括这个信息。 ⑤层压板的性能数据汇总在较下的方框内，采用与前页单层性能数据汇总相同的方式。在每个层压板族的下面列出各层压板族的性能。采用以方括号包用、逗号隔开的一列铺层取向来识别一个层压板族。只在需要仔细区别各个铺层情况时，才在层压板汇总表内包括更明细的铺层信息。具体的铺层信息在其随后的一些详表中。只在能够得到数据时，才按表1.4.2(e)包括试验类型与方向的信息。除非另外说明，x轴相应于层压板铺层的+0°方向。这个材料所包括的数据，采用数据分类符号，用脚注加以标明。表1.4.2(d)概要表格式，第2页 {警告}@ 名义值② 提交值③ 试验方法④ 纤维密度 (g/em) X.XX 极小}，{最大】 {方法} 树脂密度 (g/cm') X.XX {最小}·般大 {方法} 复合材料密度 (g/em) X.XX {敏小}-{敏大} 法纤维面积重量 (g/m) XXX {最小.{数大} {方法} 纤维体积 (%) XX (散小}{敏大) {方法) 单层厚度 (in) 0.0 XXX {最小：{救大} {方法】

③对复合材料提供的材料标识为 {纤维}{纤维数{基体}{带/织物类型}{关键I艺参数} 这个信息应和此部分的标题以及概要表首页的材料标识相同。在这个特定页的数据中要给出固化后材料的物理参数、树脂含量、纤维体积、单层厚度、复合材料密度和空隙含量的范围。这些范围最终可能不直接匹配，因为纤维体积、树脂含量等通常是以批次或板的平均值得到，而固化后的单层厚度值则通常以单独试件的测量值为基础。 ④试验的方法用机构、编号和日期来识别。对于冲击后压缩，因为常常使用不同的能量水平，在试验方法后附上了试验中采用的名义冲击能量水平。关于说明带缺口层压板、挤压、和挤压/旁路试验参数的补充信息，参见表1.4.5-1.4.7。 ⑤对力学性能数据，给出了计算模量的方法。这包括计算方法、以及用于该计算的测量位置或范围。除非（用脚注）另外说明，在泊松比计算时采用同样的方法和范围。 ⑥对已经归一化的数据介绍归一化的方法（参见第一卷2.4.3节），还包括数据进行归一化时用的纤维体积含量。对于碳纤维增强的单向材料（带），这个体积含量通常为60%，而对于碳纤维增强的织物，这个体积含量通常为57%。对于所有的玻璃纤维增强材料，这个归一化的纤维体积含其为50%。所登录的归一化类型是： ●按纤维体积含量对XX%(固化后单层厚度0.0XXXi)进行归一化 ●按试件厚度和批次纤维体积含量对XX%(固化后单层厚度0.0XXXn)进行归一化 ●按试件厚度和批次纤维面积重量，对纤维体积含量XX%(固化后单层厚度 0.0 XXX in)进行归一化作为参考，每个方法中包括了对应名义纤维面积重量的倘化后单层厚度、 ⑦在每个数据列的项部是试验条件。在控制条件下制造和存储的材料要注出为名义干态。没有吸湿到平衡状态的湿态也要注明。来源码提供了一个手段，以识别同一来源的数据赋值。没有提供其他别的来源标识。 ⑧在表中，用符号来识别具体的性能。这些符号是词首字母和适当增加的下标与上标的组合。性能符号的组成见表1.4.3(b)。将试验类型上标放在性能描述符上标前面，把这些成分组合而建立各种性能符号。这样，沿1方向拉伸极限强度的符号就是F“。性能描述符上标只用于强度和应变。这个规则中的例外情况是应变能释放率（例如，G1c)挤压/旁路数据（其中，"byp"被用作为旁路强度的下标)

《复合材料手册》参考书籍中文电子版（共五卷）第二卷 聚合物基复合材料性能

《复合材料手册》参考书籍中文电子版（共五卷）第二卷聚合物基复合材料性能