CFRP和GFRP透声性能与力学性能的比较研究

玻璃钢复合材料/990206 玻璃钢/复合材料 FIBER REINFORCED PLASTICS/COMPOSITES 1999年　第2期 No.2 1999 CFRP和GFRP透声性能与力学性能的比较研究 肖道荣 　　摘要：　本文介绍了国产碳布手糊层板与无碱玻璃布手糊层板的透声性能和力学 性能试验情况及比较结果。 　　关键词：　碳布　无碱玻璃布　手糊层板　透声性能　力学性能 COMPARISON STUDY OF CFRP AND GFRP SOUND TRANSMISSION AND MECHANICAL PROPERTIES Xia Daorong 　　(State Adminisfration of Building Material Industry FRP Research & Design Institute) 　　Abstract：　The article decribes the tests of sound transmission and mechanical properties and comparison result of home-made CFRP and GFRP panels moulded by hand lay-up process. 　　Keywords:　carbon fiber cloth　E-glassfiber cloth　hand lay-up panel　sound transmission　mechanical properties 　　 透声容器是一类既能通过一定频率的声波又能承受规定压力的功能性内压容器， 而作为高压透声容器，在满足透声性能的同时，还必须符合结构要求，即满足相应的 强度和模量要求。 　　目前，高压透声容器在舰艇和潜艇中的作用日益重要，已成为对艇用水声换能器 进行性能检测不可或缺的重要装置，对确保艇用声纳装置水下分机在高静水压下正常 工作意义重大。我们从1996年开始进行高压透声容器的研究工作，在这期间，我们对 多种材料进行了性能（透声性能和力学性能）研究比较，其中国产碳布手糊层板和无 碱玻璃布手糊层板之间的性能比较很有代表性，本文将其性能试验情况和结果进行比 较，以供有关人员参考。 1　试　验 1.1　原材料 　　增强材料：0.4mm碳布，吉林碳素材料厂；0.2mm无碱方格玻璃布，北京251厂； 　　基体树脂：196＃不饱和聚酯树脂，北京251厂； 　　固化剂：过氧化甲乙酮，丹阳市华兴复合材料厂； file:///F|/qikan_htm抽取_2000before/kjqk(200810)/blgfhcl/blgf99/blgf9902/990206.htm（第 1／4 页）2009-12-31 13:36:06 玻璃钢复合材料/990206 　　促进剂：萘酸钴溶液，北京251厂； 　　消泡剂：A555，德国毕克化学工业公司。 1.2　配方 　　UP：固化剂：促进剂：消泡剂=100：4：2：0.5～1 1.3　透声性能试验 　　按水声无源材料声学参数测量方法GJB（草案），由国防水声计量一级站水声无源 材料参数测量研究实验室测试。 1.4　力学性能试验 　　碳布手糊层板和无碱玻璃布手糊层板拉伸强度及模量按GB1447-83，压缩强度及模 量按GB1448-83，弯曲强度及模量按GB1449-83，由国家玻璃钢制品质量监督检验中心 测试。 2　试验结果与讨论 2.1　透声性能 　　作为透声容器的构成部分透声材料，文献〔1〕是这样定义的：声波入射到材料层 上能够无反射，无损耗地通过，也就是特性声阻抗与水匹配，衰减常数相当小的材料 称之为透声材料。同时，一种材料的特性声阻抗等于该材料的密度与声速的乘积，而 材料内声波的速度同支配模量的平方根成正比。所谓支配模量是指与波在材料内传播 的特定模式有关的模量，亦即切变模量支配切变波的传播，而体积模量和纵波模量则 分别支配体积波和平面波的传播。模量和速度的关系式可用式R*=ρ（C *）2来表示， 式中R*代表一般模量，ρ是材料密度，而C *是声速。对于切变波来讲速度小，衰减 大。 　　另据GJB24A-95 〔2〕，在同一频率下制品厚度与透声系数呈线性关系，随着制品厚 度增加，透声系数逐渐减小。在一定程度上，通过控制制品厚度来提高制品透声系数 是可行的,它是提高透声系数的途径之一。 　　基于以上几个方面的考虑不难看出，要想搞清纤维增强塑料的透声性能，必须对 其进行一系列的研究，包括增强材料和基体材料的选择。据报道〔3〕，从透声效果来 考虑，在选择纤维增强塑料制品的基体树脂时，环氧树脂与不饱和聚酯树脂具有同样 效果,实验选用不饱和聚酯树脂体系。对于增强材料，则分别选择碳纤维及其织物和无 碱玻璃纤维及其织物(无碱玻璃布、针刺毡、表面毡、S2高强玻璃纤维)等进行了研 究。试验表明：材料不同，其透声性能也千差万别。碳布手糊层板无碱玻璃布手糊层 板的透声性能比较如图1。 file:///F|/qikan_htm抽取_2000before/kjqk(200810)/blgfhcl/blgf99/blgf9902/990206.htm（第 2／4 页）2009-12-31 13:36:06 玻璃钢复合材料/990206 21-01.gif (7908 bytes) 图1　碳布手糊层板与无碱玻璃布手糊 　　层板的透声系数(模和相位)比较 　　注：手糊层板厚度：14mm；成型温度：18℃；测试环境条件： 室温22℃，水温22℃，水深60cm，静水压0．1MPa 　　由图1可以看出：透声系数模越大，或相位（度）越小，则透声性能越好。因此， 同一频率下，同一厚度的碳布手糊层板与无碱玻璃布手糊层板相比，前者比后者透声 性能稍好，约高10%，从提高透声性能来考虑，用碳布替代无碱玻璃布可以收到一定 的效果。 2.2　力学性能 　　由于在透声容器中透声性能和力学性能是两个不可分离的因素，保证力学性能是 前提条件，满足透声性能是最终目的，仅仅有良好的透声性能而不具备承受载荷的能 力是远远不够的。因此，我们在分析比较了两种材料的透声性能的同时，也比较了其 力学性能，结果如表1。 表1　碳布和无碱玻璃布手糊层板力学性能 项　　目 平均值 标准差 离散系数/% 碳　布 玻璃布 碳　布 玻璃布 碳　布 玻璃布 拉伸强度/MPa 188 266 28 31 15.0 8.1 拉伸模量/GPa 28.4 12.2 2.8 2.6 9.9 6.2 弯曲强度/MPa 232 206 15 20 6.7 5.1 弯曲模量/GPa 30.4 11.2 3.0 2.5 9.8 8.0 file:///F|/qikan_htm抽取_2000before/kjqk(200810)/blgfhcl/blgf99/blgf9902/990206.htm（第 3／4 页）2009-12-31 13:36:06 玻璃钢复合材料/990206 压缩强度/MPa 118 　 10 　 8.8 树脂含量/% 50 51 　　由表1可以看出，碳布手糊层板的强度与无碱玻璃布手糊层板的强度较接近，前者 弯曲强度稍高，后者拉伸强度稍高。比较其模量，无论是拉伸模量还是弯曲模量，碳 布手糊层板均较玻璃布手糊层板大得多。 2.3　经济效益分析 　　以直径1000mm高2000mm的容器为例，如果完全采用CFRP其费用（仅为原材料成 本，不包括其它相关件如金属等费用，下同）约为13.8万元，而如果全部采用GFRP其 费用约为1.2万元 ，两者之比谁优谁劣显而易见。 3　结　论 　　(1) 与无碱玻璃布手糊层板相比，同一厚度碳布手糊层板的透声性能稍好，约高 出10%。 　　(2) 力学性能显示，与无碱玻璃布手糊层板相比，碳布手糊层板在强度上没有太大 优势，但其模量较大，这对提高刚度有较大的贡献。 　　(3)单纯从透声性能和力学性能来考虑，碳布较无碱玻璃布有一定的优势。但综合 考虑经济成本等因素，碳布的经济指标显然要高得多，这又是它的一个劣势。 作者单位：肖道荣（国家建材局玻璃钢研究设计院　102101） 参考文献 　1　缪荣兴，宫继详.水声无源材料技术概要.杭卅：浙江大学出版社，1995 　2　GJB24A-95 声呐导流罩用玻璃纤维增强塑料规范 　3　关淑英.玻璃钢声纳罩透声性能试验研究.玻璃钢，1983，（5） 　　收稿日期：1998－08－17 file:///F|/qikan_htm抽取_2000before/kjqk(200810)/blgfhcl/blgf99/blgf9902/990206.htm（第 4／4 页）2009-12-31 13:36:06 CFRP和GFRP透声性能与力学性能的比较研究 作者： 肖道荣， Xia Daorong 作者单位： 国家建材局玻璃钢研究设计院,102101 刊名： 玻璃钢/复合材料 英文刊名： FIBER REINFORCED PLASTICS/COMPOSITES 年，卷(期)： 1999，(2) 引用次数： 3次 参考文献(3条) 1.缪荣兴.宫继详 水声无源材料技术概要 1995 2.GJB 24A-1995.声呐导流罩用玻璃纤维增强塑料规范 3.关淑英 玻璃钢声纳罩透声性能试验研究 1983(5) 相似文献(1条) 1.学位论文 孙岩峰 酚醛预浸料质量指标近红外光谱在线监测研究 2003 该文采用近红外光谱研究了玻璃布、碳布等纤维织物制备的酚醛预浸料树脂含量、挥发分含量和预固化度(可溶树脂含量)的在线监测方法.应用傅里叶变换近红外光谱仪研究了酚醛树 脂及其预浸料固化过程的近红外光谱,对酚醛树脂乙醇溶液的近红外光谱吸收峰的归属作出全面的解释.在此基础上,以标准方法预定的预浸料质量指标数据为参比,建立了近红外光谱分析 技术快速测定预浸料质量指标的方法.结果表明:预浸料的树脂含量与近红外光谱的基线所表达的背景信息相关显著,而挥发分由于含量较低,通过逐步多元线性回归无法得到准确的定量信 息.光谱线一阶导数处理后,被树脂含量掩盖的挥发分含量信息露出来,经主成份分析发现,其第一主成份和样品的树脂含量直接相关,同时受到预浸料中O-H特征振动吸收的影响.可溶树脂含 量的逐步多元线性相关分析表明,亚甲基、芳基和甲基C-H相关振动与可溶树脂含量有直接关系.针对无碱玻璃布/酚醛树脂预浸料,研究了用近红外光谱定量分析预浸料树脂含量、挥发分含 量和可溶树脂含量的可行性以及影响定量分析的因素.组建了一套近红外漫反射光谱在线监测系统,并针对高硅氧玻璃布/酚醛预浸料、无碱玻璃布/碳黑改性酚醛预浸料和碳布/酚醛预浸料 进行了树脂含量、挥发分含量和预固化度(可溶树脂含量)指标的在线监测.探讨了仪器参数的设置、光谱采集方法和样品的分布特点,通过选择合适的光谱范围、预处理方法和多元校正方 法,建立了酚醛预浸料质量指标定量分析模型.与传统方法相比,该文建立了预浸料质量指标红外光谱在线监测方法具有分析速度快、方法简单、不消耗有机溶剂、非接触测试等特点,可以 代替标准方法或参考方法进行酚醛预浸料的在线监测. 引证文献(3条) 1.朱锡.石勇.李永清.王晓侠.董一平 夹层复合材料舵结构设计与声隐身性能的研究[期刊论文]-武汉理工大学学报 2008(9) 2.朱锡.黄若波.石勇.梅志远.李永清 安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析[期刊论文]-海军工程大学学报 2007(04) 3.洪明.陈浩然 含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究[期刊论文]-船舶力学 2004(02) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_blgfhcl199902006.aspx 下载时间：2010年1月7日 本地磁盘 玻璃钢复合材料/990206