[经管营销]第六章 复合材料.ppt

第六章 复合材料 Chapter 6 Composite Materials 第一节 概 述 复合材料的涵义 复合材料的分类 复合材料的用途及重要性 复合材料过去、现在和未来 复合材料的增强材料 复合材料的性能特点 一、复合材料的涵义 1、复合材料：由两种或两种以上性能不同的材料组合为一个整体，从而表现出某些优于其中任何一种材料性能的材料。 2、复合材料的特点 3、复合材料的基本结构模式 复合材料由基体相和增强相两个组分构成； 基体相：构成复合材料的连续相； 增强相（增强剂、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。 增强相一般较基体相硬，强度、模量较基体相大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 增强相与基体相之间存在着明显界面。 4、复合材料的命名 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为“玻璃纤维环氧树脂复合材料”。 为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一斜线隔开，后面再加“复合材料“。如“玻璃／环氧复合材料”。 有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，也可简称为“玻璃纤维复合材料”或“环氧树脂复合材料”。 二、复合材料的分类 按基体材料分类 分为树脂基、金属基、陶瓷基等复合材料，目前使 用最多的是树脂基复合材料。 按增强材料的种类和形态分类 分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层叠 增强复合材料等，其中纤维增强复合材料应用最广泛。 按复合材料的使用性能分类 分为结构复合材料和功能复合材料两大类，目前应 用最广的是结构复合材料。 三、复合材料的用途及重要性 机械工业 汽车工业及交通运输 航空航天领域 化学工业 建筑领域 复合材料——玻璃钢 由于玻璃钢比重小、强度高、耐腐蚀、耐燃且成型性能好，现已广泛用于汽车车身、氧气瓶、轻型船体及石油化工的管道、阀门等。 缺点是刚性差，易变形，耐热性能差，易老化。 碳纤维增强复合材料 碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。 图 6.6 美国F-22 军用飞机 四、复合材料过去、现在和未来 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用； 20世纪40年代 玻璃纤维复合材料发展成为具有工程意义的创举，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种广泛应用的较现代化复合材料。 60年代末 树脂基高性能复合材料用于制造军用飞机的承力结构。 70年代末 发展用高强度、高模量的耐热纤维与金属复合。 80年代 开始逐渐发展陶瓷基复合材料 第一代复合材料：玻璃强化树脂 第二代复合材料：碳纤维强化塑料 硼纤维强化塑料 第三代复合材料：金属基和陶瓷基复合材料 复合材料的发展趋势 1. 由宏观复合向微观复合发展 宏观复合材料包括以纤维、晶须和颗粒等尺寸较 大的增强材料与基体材料复合而成。 微观复合材料包括微纤增强复合材料、纳米复合 材料和分子复合材料。 2. 向多元混杂复合和超混杂复合方向发展 混杂复合是获得高性能复合材料有效而经济的方 法。 3．由结构复合材料为主，向结构复合材料与功 能复合材料并重的方向发展 功能复合材料的最大特点是设计的自由度比一般均 质功能材料大得多，功能复合材料可以任意改变复合 度、连接类型和对称性，使其性能达到最佳优化值。 4．由被动复合材料向主动复合材料发展 5．由常规设计向仿生设计方向发展 五、复合材料的性能特点 1．比强度和比模量高——材料轻而且刚性大。 比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。 表6.4 常用金属材料与复合材料的性能对比 2 抗疲劳与断裂安全性能好 复合材料对缺口、应力集中的敏感性小。 具有良好的断裂安全性。 3. 良好的减振性能 纤维增强的复合材料的自振频率高，工作中不易发生共振现象。 大量的纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼特性好，振动会很快衰减。 5、良好的尺寸稳定性： 加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀系数。 第二节 复合材料的复合理论