第3章复合材料增强体碳纤维

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《复合材料》课程笔记

《复合材料》课程笔记第一章：复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代，人们使用天然纤维（如草、木）与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料，例如草绳、土木结构等。

然而，现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代，当时因航空工业的需求，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。

此后，复合材料技术经历了多个发展阶段，包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。

70年代，芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。

这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，形成了各种具有特色的复合材料。

1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。

复合材料具有以下特点：- 重量轻：复合材料通常具有较低的密度，比传统材料轻，有利于减轻结构重量。

例如，碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。

- 强度高：复合材料可以承受较大的力和压力，具有较高的强度和刚度。

例如，碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。

- 加工成型方便：复合材料可以通过各种成型工艺进行加工，如缠绕、喷射、模压等。

这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。

- 弹性优良：复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能，能够吸收能量并减少损伤。

例如，橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。

- 耐化学腐蚀和耐候性好：复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力，适用于恶劣环境下的应用。

例如，聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。

1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能，它们在各个领域得到了广泛的应用。

主要应用领域包括：- 航空航天：飞机、卫星、火箭等结构部件。

复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料，能够提高飞行器的性能和燃油效率。

复合材料原理第二版课后答案

复合材料原理第二版课后答案复合材料原理第二版课后答案第一章：绪论1.什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上的材料组成的各司其职、相互补充的一种材料。

2.复合材料的特点有哪些？复合材料具有强度高、刚度大、重量轻、抗腐蚀性强、无疲劳断裂、易成型等特点。

3.复合材料的分类有哪些？按矩阵分类有无机复合材料和有机复合材料；按增强材料分类有无定向增强和定向增强。

第二章：基础知识1.复合材料的加工方式有哪些？常用的复合材料加工方式有手工层压法、自动层压法（RTM、RTM-L、VARTM等）、注塑法、卷制法、旋转成型法等。

2.复合材料中的力学基础知识有哪些？复合材料中的力学基础知识包括应力、应变、应力应变关系、拉伸和压缩、剪切和弯曲等。

3.复合材料中的热力学基础知识有哪些？复合材料中的热力学基础知识包括热膨胀、热导率、热扩散系数等。

第三章：复合材料的基本组成1.复合材料的基本组成是什么？复合材料的基本组成是增强材料和矩阵材料。

2.复合材料的增强材料有哪些？复合材料的增强材料主要有碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维、金属纤维等。

3.复合材料的矩阵材料有哪些？复合材料的矩阵材料主要有四类，即金属基矩阵材料、有机高分子基矩阵材料、无机非金属基矩阵材料、无机金属基矩阵材料。

第四章：复合材料的制备过程1.复合材料的制备过程有哪些？复合材料的制备过程一般包括预处理、增强体制备、矩阵制备、复合成型和后处理等步骤。

2.复合材料的预处理有哪些？复合材料的预处理包括增强体表面处理、矩阵材料预处理、增强体和矩阵的匹配等。

3.如何选择复合材料的制备方法？选择复合材料的制备方法需要考虑到其应用环境和性能要求。

第五章：复合材料的性能和应用1.复合材料的性能有哪些？复合材料的性能包括机械性能、物理性能、化学性能等。

2.复合材料的应用领域有哪些？复合材料的应用领域包括航空航天、轨道交通、建筑结构、汽车制造、石油化工等领域。

3.复合材料的未来发展趋势是什么？未来复合材料的发展趋势是多材料复合、纳米复合、生物仿生等方向的综合发展。

《复合材料》课件——第三章复合材料的增强体材料

热空气干燥炉(200 ~300℃) 预氧化
多级加热炉
高温炉
(1000～1500℃) （2500℃以上）
碳化
石墨化
PAN原丝
N2 废
气
（
N2 Ar2 CO,
Ar2
CO2, H2, N2.）
PAN基碳纤维生产过程的简图
黏胶碳纤维
• 碳纤维的热稳定性与 Na等含量存在着线性关系，Na含量愈高，热稳定性愈差。 Na是碳的氧化催化剂，它的存在促进了碳的氧化。黏胶碳纤维因为碱、碱土金属含量低，所以热稳定较好。
⑤化学稳定性好，除硝酸等少数强酸外，几乎对所有药品均稳定；另外，碳纤维对碱也稳定。
此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
3.2.2 硼纤维
制备工艺：化学气相沉积（CVD） 2BCl3 + 3H2 2B+6HCl
中心是碳纤维或钨纤维
分两段控温
开始阶段：1100-1200℃，防止生成钨硼化合物（H2氛围除去表面氧化物）稳定阶段：1200-1300℃，得到较大的沉积速度，形成硼纤维。
以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维。影响因素主要是其微结构（气孔、瑕疵、晶粒大小等）--提高工艺化学稳定性好，耐高温，绝缘等。
１、玻璃纤维（Glass Fibre, GF或Gt）
1.1 玻璃纤维及其制品； 1.2 玻璃纤维的结构及化学组成； 1.3 玻璃纤维的物理性能； 1.4 玻璃纤维的化学性能。
3.2.3碳化硅纤维
碳化硅纤维（Silicon Carbide Fibre， SF或SiCf）是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维。
界面及界面反应层
制备SiC纤维：

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。

并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。

关键字：碳纤维，复合材料，应用Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials.Key words: carbon fiber, composite materials, applications1.碳纤维增强复合材料介绍复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。

通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。

对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。

碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 µm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。

目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。

第三章纤维复合材料

维增强塑料（GFRP, 也称玻璃钢），是由合成树脂和玻璃纤维或其织物经复合工艺、制作而成的一种用途广泛的复合材料。

它具有玻璃般的透明性或半透明性，又具有钢铁般的高强度而得名。如用玻璃纤维去增强热塑性塑料，可称为热塑性玻璃钢；如用玻璃纤维增强热固性塑料，就叫做热固性玻璃钢。目前生产的玻璃钢主要指热固性而言。
（一）玻璃钢的性能特点玻璃钢有三大优点：一是玻璃钢的密度小，强度大，比钢铁结实，比铝轻，比重只有普通钢材的1／4～l／16，而机械强度却为钢的3～4倍；

二是玻璃钢具有瞬间耐高温特性；三是具有良好的耐酸碱腐蚀特性及不具有磁性。另外，玻璃钢容易着色，能透过电磁波等特性。另外，着色性非常好。
第三章纤维及纤维复合材料纤维材料纤维材料通常作为复合材料的增强材料，复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
（2）高寒环境下高寒环境下,基础设施建设与维护费用昂贵,建设周期过长。因此,对于再建或拟建的各种基础设施项目(主要是公路与铁路等交通项目) ,提高其建设质量,减少维护费用是一个重大的技术问题。用 FRP 筋代替钢筋,做成免维护复合材料混凝土结构, 从而达到提高基础设施耐久性与延长寿命的目的。（3）地质灾害防治用于地质灾害防治中永久锚固支护，对山体与边坡滑移治理最有效的办法就是采用预应力锚固支护技术。

由于玻璃钢的优异性能，其在建筑业的作用越来越大。许多新建的体育馆、展览馆、商厦的巨大屋顶都是由玻璃钢制成的。

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料（CFRP）是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料。

碳纤维是一种轻质高强度的纤维材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。

树脂基体则起到粘结和保护纤维的作用。

CFRP因其高强度、高刚度、耐腐蚀和轻质的特点，被广泛应用于航空航天、运动器材、汽车和建筑等领域。

CFRP具有优异的力学性能。

碳纤维的强度和刚度远高于传统金属材料，因此CFRP的拉伸和弯曲强度也相对较高。

此外，碳纤维具有较低的线膨胀系数，使得CFRP具有优秀的尺寸稳定性和热稳定性。

另外，碳纤维还具有优异的疲劳性能，能够承受长期的使用和重复的载荷。

CFRP的轻质特性使之成为代替金属的理想材料。

相比于传统金属材料，CFRP的密度只有其一半左右，因此在重量要求较高的领域（如航空航天）具有非常大的优势。

在汽车行业中，使用CFRP可以降低车辆的整体重量，提高燃油效率和续航里程。

CFRP还具有良好的耐腐蚀性能。

相比于金属材料容易受到氧化和腐蚀的影响，CFRP不容易受到化学物质的侵蚀。

这使得CFRP在恶劣环境下可以更好地保持其性能稳定性。

然而，CFRP也存在一些不足之处。

首先，CFRP的成本相对较高，主要是由碳纤维的制备和树脂的浸润过程所导致的。

其次，CFRP容易受到挤压、冲击和断裂的影响，而且一旦损坏很难修复。

此外，CFRP的导电性较差，限制了其在一些领域的应用。

为了克服这些不足，研究者们正在不断研发改进CFRP的制备技术和性能。

近年来，采用3D打印、自组装和纳米复合等新技术制备CFRP的研究逐渐增多。

这些方法可以有效地降低CFRP的成本，提高其性能。

此外，通过在复合材料中引入导电纳米材料，可以使CFRP具有良好的导电性能，从而扩展其应用范围。

综上所述，碳纤维增强复合材料是一种具有高强度、高刚度、轻质和耐腐蚀性能的材料。

尽管CFRP存在一些不足，但随着技术的不断进步，相信CFRP在未来将有更广泛的应用前景。

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料
首先，碳纤维增强复合材料由碳纤维和树脂基体组成。

碳纤维
是一种高强度、高模量的纤维材料，具有优异的力学性能。

而树脂
基体则起到了粘合和保护碳纤维的作用。

常见的树脂基体包括环氧
树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。

碳纤维和树脂基体经过复合工艺，可以形成具有优异性能的碳纤维增强复合材料。

其次，制备碳纤维增强复合材料的工艺包括预浸料成型、手工
层叠成型和自动化成型等。

其中，预浸料成型是一种常用的工艺方法，其过程是将碳纤维与树脂预浸料预先混合，然后通过模具成型、固化等工艺步骤，最终得到碳纤维增强复合材料制品。

另外，自动
化成型技术的发展也为碳纤维增强复合材料的大规模生产提供了可能。

碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚度和低密度等优异性能。

其拉伸强度和弹性模量分别是钢的2-5倍和5-10倍，而密度却只有
钢的1/4。

因此，碳纤维增强复合材料在航空航天、汽车、船舶等
领域得到了广泛的应用。

在航空航天领域，碳纤维增强复合材料被
用于制造飞机机身、机翼、尾翼等部件，可以减轻飞机重量，提高
燃油效率。

在汽车领域，碳纤维增强复合材料被用于制造车身、底
盘等部件，可以提高汽车的安全性能和燃油经济性。

在船舶领域，碳纤维增强复合材料被用于制造船体、桅杆等部件，可以提高船舶的航行速度和耐久性。

综上所述，碳纤维增强复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。

随着材料科学技术的不断发展，碳纤维增强复合材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。

第三章纤维增强改性

2、碳纤维的性能与玻璃纤维比较，碳纤维具有：高弹性模量、在湿态条件下的力学性能保持率好；较低的蠕变性和热膨胀系数；更低的密度；优异的导热与导电性；自润滑性与耐磨性；良好的耐化学腐蚀性、
三、有机聚合物纤维
1、芳纶（芳香族聚酰胺）

耐高温的合成纤维，长期连续使用温度为－200－200℃，最高使用温度达240℃,Ｔｇ>300℃,分解温度为500℃；高阻尼特性和低磨耗性；各向异性小；在与聚合物的混炼过程中也不像玻璃纤维和碳纤维那样易于脆性断裂。

按纤维的排列单向、双向与三向纤维
按纤维的长度
连续、长、短与磨碎纤维按纤维的材料组成玻璃、碳、芳纶、金属（如GFRP 、GFRTP、CFRP、CFRTP）
（3）按复合方式划分
预混复合、浸渍复合、层叠复合、骨架复合
二、纤维增强聚合物复合材料中的基本单元
纤维增强聚合物复合材料的三种基本单元：增强相（纤维）基体相 1、纤维 2、聚合物界面相

在纤维增强聚合物复合材料中，冲击能量的分散通常是通过纤维与界面的脱粘、纤维拔出、纤维与基体的摩擦及基体的变形来实现。为了同时获得较高的拉伸强度与冲击强度，需要使纤维增强聚合物复合材料中有适度的界面结合强度。复合材料的韧性或冲击强度还与基体材料、纤维长度及增韧剂有关。
6、蠕变与疲劳加入增强纤维可以大大降低聚合物的蠕变和应力松驰的程度；纤维增强热固性聚合物的抗蠕变性比纤维增强热塑性聚合物要好得多；长纤维增强聚合物复合材料的耐蠕变性比短纤维增强复合材料要好得多（尤其在高温下）；增强纤维的加入还可提高基体聚合物的耐疲劳性；

第三章--复合材料的增强体

400℃下经24h，强度下降50%；
500℃下经24h，强度下降70%；
600℃下经24h，强度下降80%；
26
（6）电性能：
玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、温度和湿度。
无碱纤维的电绝缘性比有碱纤维优越，碱金属离子增加，
电绝缘性能变差；温度升高，电阻率下降；湿度增加电阻率下
降。
在玻璃纤维中加入大量的氧化铁、氧化铅、氧化铜、氧化
强度不如E玻纤，价格便宜。
有碱玻璃（A玻璃）纤维：含碱量高，强度低，对潮气侵蚀敏感，很少
用作增强材料。碱性氧化物含量大于12%。
特种玻璃纤维
20

玻璃纤维的化学组成：
化学组成主要为：二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、
三氧化二铝等。
玻璃纤维中加入氢化纳、氢化钾等碱性物质为助熔剂：
通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而降低玻璃的熔化温
5
13.0
1500
20
12.5
1210
90
12.7
860
1560
13.0
720
25
（4）耐磨性和耐折性差：
纤维表面吸附水分后能加速裂纹扩展，降低其耐磨性
和耐折性。
（5）热性能：导热系数小0.035W/(m.K)，
耐热性较高（软化点550~580℃）
热处理对强度的影响：300℃下经24h，强度下降20%；
层处理（增加硼纤维的辅助保护层，使其在高温下不与基材
反应）
11
三、碳化硅纤维（SiC）
碳化硅纤维具有优异的力学性能（如直径为
10~15μm的纤维，拉伸强度为2500~3000MPa，弹性模
量为180~200GPa，密度为2.55g/cm3）、耐热氧化性

复合材料的纤维增强机制

复合材料的纤维增强机制复合材料是由至少两种不同类型的材料组合而成的材料，其中纤维增强材料是一种关键组成部分。

纤维增强机制是指纤维在复合材料中的作用方式和效果。

本文将探讨复合材料中的纤维增强机制，以及不同类型的纤维增强材料在复合材料中的应用。

一、纤维增强机制的基本原理纤维增强机制的基本原理是利用纤维材料的高强度和高刚度来增加复合材料的整体性能。

纤维增强机制的核心是纤维和基体之间的相互作用，这种相互作用可以通过物理和化学手段来实现。

物理相互作用主要包括纤维的拉伸、屈曲和剪切等。

纤维的高强度使得它能够承受较大的拉伸载荷，从而提高了复合材料的拉伸强度。

纤维的屈曲和剪切则可以吸收和分散应变能，阻止裂纹的扩展，提高复合材料的断裂韧性。

化学相互作用主要体现在纤维和基体之间的粘结力。

通过选择合适的纤维和基体材料，以及优化纤维表面的处理方法，可以实现纤维与基体之间的高效粘结。

良好的粘结力可以有效地将纤维和基体连接在一起，提高复合材料的整体强度和刚度。

二、不同类型的纤维增强材料1. 碳纤维增强材料碳纤维是目前应用最广泛的纤维增强材料之一。

碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量轻、耐腐蚀、抗疲劳等特性使其成为制造航空航天、汽车、体育器材等高性能产品的理想选择。

碳纤维增强材料的纤维增强机制主要通过纤维的拉伸和屈曲来实现。

2. 玻璃纤维增强材料玻璃纤维是一种具有良好机械性能的纤维增强材料。

与碳纤维相比，玻璃纤维具有更低的成本和更好的耐腐蚀性能。

玻璃纤维增强机制的关键在于纤维的拉伸和剪切，在高载荷下能够有效地吸收和分散应力。

3. 聚合物纤维增强材料聚合物纤维是一类可溶于溶剂的高聚物纤维，如聚酯纤维、聚酰胺纤维等。

聚合物纤维增强机制主要依靠纤维的拉伸和屈曲来增加复合材料的强度和刚度。

与其他类型的纤维相比，聚合物纤维更容易加工，并且具有较低的密度和良好的耐腐蚀性。

三、纤维增强机制的应用领域纤维增强材料在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个典型的应用领域：1. 航空航天领域航空航天领域对材料的强度、刚度和耐温性要求非常高。

《复合材料概论》心得与总结

《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。

复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。

了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。

以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。

以下是我对一些知识点的总结。

第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。

二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。

第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。

二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。

第三章增强体

延伸率% 3.6
3.37 4.6 5.2
密度g/cm3 2.46 2.46 2.14 2.5 2.5 2.55 2.89
以单丝直径分类
粗纤维：30μm 初级纤维：20μm 中级纤维：10～20μm 高级纤维：3～10μm，直径小于4μm的玻璃
纤维称为超细纤维
以纤维外观分类
连续纤维有无捻粗纱和有捻细纱短切纤维空心玻璃纤维等磨细纤维等
玻璃纤维的力学性能：拉伸强度高、弹性好、耐磨性和耐折性
玻璃纤维的热性能：导热系数0.034W/(m∙K)，隔热效果好；耐热性由化学成分决定，一般钠钙玻璃470℃，石英和高硅氧玻璃纤维可达2000 ℃
电性能取决于化学成分、温度和湿度。碱金属离子越多，玻璃纤维的电绝缘性能越差，湿度增加，电阻下降
备复合材料。颗粒增强复合材料具有各向同性
增强颗粒尺寸较大（大于1μm）时，载荷由基体和增强颗粒共同承担，颗粒还起到约束基体变形。颗粒阻止基体位错运动的作用越大，颗粒增强的效果越好。
弥散颗粒增强复合材料中载荷主要由基体承担，弥散微粒阻碍基体的位错运动。
颗粒尺寸愈小，体积分数越高，颗粒对复合材料的增强效果越好。
第三章增强材料
2015.11.23
目标与要求
掌握增强体的概念、特征以及分类；掌握各种增强体的增强效果及理论掌握玻璃纤维分类、物理化学性质、
制备方法，了解玻璃纤维制品
3.1 增强体概述
一、增强体定义
也称为增强剂，是复合材料中粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材料，可以提高基体的强度、韧性、模量、耐热和耐磨等性能。主要有纤维、晶须、颗粒等材料
五、玻璃纤维制备工艺
• 坩锅法拉丝工艺 • 池窑漏板法拉丝工艺 • 吹制法（短纤维）

复合材料概论课件王国荣第三章复合材料的增强材料

第三章复合材料的增强材料
• 定义：复合材料中凡能提高基体材料力学性能的物质。
• 纤维：在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。可使复合材料的强度、刚度以及耐热性、韧性得到较大幅度提高，且可减小收缩。
• 例如：PS塑料中加入玻璃纤维后拉伸强度可从600MPa提高到1000MPa, 弹性模量可从3GPa提高到8GPa，热变形温度可从85℃提高到105 ℃，使-40 ℃下的冲击强度提高10倍。
纤维种类
E-玻纤 S-玻纤 M-玻纤棉纤维铝合金
密度
2.54 2.44 2.89 1.5 2.7
拉伸强度 MPa 3500
4700
3700 300～400 40～460
弹性模量 GPa 72 87
118 10～12
72
3.2.1 物理性能
• 密度: 2.4～2.9； • 耐磨性和耐折性: 都很差； • 热性能: 导热率小0.035W/（m·K），隔热
表3-2 各种金属丝的性能
金属丝 W
密度 19.4
弹性模量拉伸强度
GPa
MPa
407
4020
熔点 /K
3673
Mo
10.2
329
2160 2895
钢
7.74
196
4120 1673
不锈钢 7.8
196
3430 1673
Be
1.83
245
1270 1553
3.4 有机纤维（芳纶纤维）
➢芳纶纤维（Kevlar纤维)是芳香族聚酰胺类纤维的总称。最常用的为Kevlar-49。
性好、价格低，但强度不如无碱GF； ➢ 有碱GF（A玻纤）: 碱金属含量>14%，强度低、耐湿热

碳纤维增强复合材料力学性能分析

碳纤维增强复合材料力学性能分析随着科技的发展，碳纤维增强复合材料已经成为了一种具有很高应用价值的材料。

它具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶、建筑等领域得到了广泛应用。

本文将从力学性能的角度出发，对碳纤维增强复合材料的力学性能进行分析。

1. 弹性模量和刚度弹性模量和刚度是材料力学性能的重要指标之一，也是衡量碳纤维增强复合材料力学性能的重要指标。

碳纤维增强复合材料具有很高的弹性模量和刚度，这是由其几何结构的特殊性质决定的。

碳纤维增强复合材料具有层板结构，其中碳纤维纵向排列，树脂材料覆盖其中。

由于碳纤维具有很高的强度和刚度，所以整个材料具有很高的弹性模量和刚度。

此外，碳纤维增强复合材料的制造过程中可以调整不同层之间的布层方式和厚度，可以进一步调整其弹性模量和刚度。

2. 抗拉强度和疲劳性能抗拉强度和疲劳性能也是衡量材料力学性能的重要指标之一。

碳纤维增强复合材料在静态负载下具有很高的抗拉强度，主要是由于碳纤维具有很高的强度。

此外，碳纤维增强复合材料还具有良好的疲劳性能，这主要是由于树脂材料可以很好地分散和吸收碳纤维的应力。

需要注意的是，碳纤维增强复合材料在受到局部冲击或者剪切力时，容易发生开裂和破坏。

这是由于碳纤维增强复合材料的层板结构，导致材料在不同方向的强度和刚度差异很大。

因此，在设计碳纤维增强复合材料元件时，需要考虑到它在受到不同方向应力时的响应。

3. 热膨胀系数热膨胀系数是材料在温度变化过程中尺寸变化的指标，也是衡量材料力学性能的重要参数之一。

碳纤维增强复合材料具有很小的热膨胀系数，这是由其特殊的结构和低热导率决定的。

这使得碳纤维增强复合材料在高温环境下具有很好的稳定性，可以在高温环境下进行长时间的使用。

4. 可加工性可加工性是材料工程设计中需要考虑到的重要指标之一。

碳纤维增强复合材料的可加工性相对较差，主要是由于其结构的特殊性质所导致的。

在加工过程中，碳纤维易断，切削困难，而且材料的几何形状和尺寸难以控制。

金属基复合材料增强体的分类

金属基复合材料增强体的分类
金属基复合材料具有很高的强度、刚度和耐磨性等优点，具有广
泛的应用前景。

在这些复合材料中，增强体的选择和分类对其性能起
着至关重要的作用。

本文将就金属基复合材料中常见的增强体进行分
类和详细介绍。

1、碳纤维增强体
碳纤维增强体具有高强度、高模量、低密度和耐腐蚀等优点，被
广泛应用于航空航天、汽车、体育用品和国防等领域。

在制备金属基
复合材料时，碳纤维常常被选作增强体，可以显著提高金属基复合材
料的强度和刚度。

2、陶瓷颗粒增强体
陶瓷颗粒增强体在金属基复合材料中也被广泛应用。

这种增强体
具有高硬度、高强度和高耐磨性等特点，可以显著增强金属基复合材
料的耐磨性和耐腐蚀性。

陶瓷颗粒的种类很多，常见的包括二氧化硅、氧化铝和碳化硅等。

3、金属颗粒增强体
金属颗粒增强体一般选用高强度的合金颗粒，常见的有碳化钨、
钛和铬等。

在金属基复合材料中，金属颗粒增强体的作用是增加材料
刚度和强度，同时也可以提高材料的导电性。

4、纤维/颗粒混合增强体
纤维/颗粒混合增强体是将不同种类的增强体混合使用的一种复合材料。

这种增强体在金属基复合材料中的优点是可以兼顾纤维和颗粒的优点，形成更完善的增强网络结构，从而提高材料的性能。

总之，增强体是影响金属基复合材料性能的重要因素之一。

在选择增强体时，需要综合考虑其特点和应用环境。

通过选择合适的增强体，可以打造具有高强度、高刚度、高耐磨性和高导电性等优点的金属基复合材料。

第3章复合材料增强体碳纤维

《复合材料》课程笔记

复合材料原理第二版课后答案

《复合材料》课件——第三章 复合材料的增强体材料

碳纤维增强复合材料概述

第三章 纤维复合材料

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料

第三章 纤维增强改性

第三章--复合材料的增强体

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《复合材料概论》心得与总结

第三章增强体

复合材料概论课件 王国荣 第三章 复合材料的增强材料

碳纤维增强复合材料力学性能分析

金属基复合材料增强体的分类

《复合材料》课件——第三章复合材料的增强体材料

第三章纤维复合材料

第三章纤维增强改性

复合材料概论课件王国荣第三章复合材料的增强材料