第一章复合材料的概念分类及其发展历程

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第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
A、热塑性玻璃钢
热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
B、热固性玻璃钢
热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂 为粘结剂制成的复合材料。
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② 碳纤维复合材料
A、碳纤维复合材料:作基体的树脂,目前应用最多的是环 氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•目 录
第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第二章 复合材料基本特性、应用及其研究现状
第三章 复合材料的基体材料
第四章 复合材料的增强材料
第五章 复合材料的成型工艺
第六章 功能复合材料
第七章 复合材料的复合原则及界面
第八章 陶瓷基复合材料
第九章 金属基复合材料
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通过对各种定义、解释加以总结,复合材料应包括: 组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择, 至少包括两种物理和力学性能不同的独立组元,其中一组元 的体积分数一般不低于20%,第二组元通常为纤维、晶须或 颗粒; 复合材料是人工制造的,而非天然形成的。 复合材料的性质取决于组元性质的优化组合,它应优 于独立组元的性质,特别是强度、刚度、韧性和高温性能。
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•《材料大辞典》中关于复合材料的定义为: •复合材料是根据应用的需要进行设计,把两种以上的有机 聚合物材料,或无机非金属材料,或金属材料组合在一起, 使之互补性能优势,从而制成的一类新型材料。一般由基 体组元与增强材料或功能体组元所组成,因此亦属于多相 材料范畴。
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第一章 复合材料的概念、分类及其发展历程
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
材料分类:金属、无机非金属、有机高分子材料 各有千秋 扬长避短
克服单一材料的缺点 产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
复合材料
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•各种材料在各个历史时期相对重要性
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•2、复合材料的命名
• 复合材料在世界各国还没有统一的名称和 命名方法,比较共同的趋势是根据增强体和基 体的名称来命名,通常有以下三种情况:
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•(1)强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复 合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。 •(2)强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃 纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增 强复合材料等。
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• 以下面五点概括了复合材料的特点: •1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的; •2、复合材料是以人工制造而非天然形成的(区别于具有 某些复合材料形态特征的天然物质);
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•3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有 的物理和化学性质(区别于化合物和合金); •4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能,这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的; •5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
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3、 复合材料的分类
• 随着材料品种不断增加,人们为了更好地研究和使用材 料,需要对材料进行分类。 • 材料的分类,历史上有许多方法:
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•材料的分类
•(1)按材料的化学性质分类,有金属材料、非金属材料之 分。 •(2)按物理性质分类,有绝缘材料、磁性材料、远光材料、 半导体材料、导电材料等。 •(3)按用途分类,有航空材料、电工材料、建筑材料、包 装材料等。
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•复合材料的分类方法也很多,常见的分类方法有以下几种: 一、按增强材料形态分为以下三类
1、纤维增强复合材料: a.连续纤维复合材料:作为分散相的长纤维的两个端点都 位于复合材料的边界处; b.非连续纤维复合材料:短纤维、晶须无规则地分散在 基体材料中;
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而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维
和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”,也
可写为“碳/金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合
材料叫“碳/碳复合材料”。
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• 国外还常用英文编号来表示,如MMC(Metal Matrix Composite)表示金属基复合材料,FRP(Fiber Reinforced Plastics)表示纤维增强塑料,而玻璃纤维/环 氧则表示为GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep)
第一章 复合材料的概念 分类及其发展历程
2020/11/27
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
主要参考资料
•1、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 (中国物质出版社,1998) •2、复合材料概论----王荣国 武卫莉 (哈尔滨工业大学出版社,1999) •3、复合材料--------吴人洁(天津大学出版社,2000) •5、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘(陕西科学技术出版社,2003) •6、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) •7、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 (机械工业已出版社,2004) •8、复合材料--------周曦亚(化学工业出版社,2005)
• 从广义上讲,复合材料是由两种或两种以上不同化学性 质的组分组合而成的材料。但在现代材料学界中,复合材料专 指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料。 • 复合材料可定义为:用经过选择的、含一定数量比的两 种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、 三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
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国际标准化组织:由两种以上在物理和化学上不同的物质 组合起来而得到的一种多相固体材料。 《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下: 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同 材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材 料的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。 可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联,从 而获得更优越的性能,与一般材料的简便混合有本质区别。
•金 •铜 •铁
•高分子
•木材
•皮肤 •动物胶 •纤维
•钢 •合金钢
•导电高分子
•高温合金
•复合材料
•石材 •陶器
•陶瓷 •玻璃•橡胶ຫໍສະໝຸດ •高模聚合物•电木
•尼龙
•聚酯
•金属基复合材料
•PAN
•PE •PS •PC
•PP
•陶瓷基复合材料
•水泥 •耐火材料
•熔融硅
•耐湿陶瓷
•韧性机械陶瓷
•10000BC •5000BC
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• 上述复合材料的定义较易被普遍接受,它不仅明确指 出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材 料,而且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种 材料(如简单混合物、化合物、合金)的特征区别。 • 根据上述复合材料的定义,复合材料应不包括自然形 成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和 多相合金。
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• (3) 复合材料具有可设计性。
• 复合材料的结构通常是一个相为连续相,称为基体;而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相,与连 续相相比,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著增 强,故常称为增强体 (也称为增强材料、增强相等)。
• 在大多数情况下,分散相较基体硬,强度和刚度较基体 大。分散相可以是纤维及其编织物,也可以是颗粒状或弥散 的填料。在基体与增强体之间存在着界面。
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•1、复合材料的定义
• 什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? • 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点,有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能,或偏重于考虑复合材料的结构
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• 根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出, 复合材料具有两个鲜明的特点: •1、复合材料不仅能保持原组分的部分优点,而且产生原组 分所不具备的新性能。 •2、复合材料具有可设计性。由于各种原材料都具有各自的 优点和缺点,所以在组合时可能出现如下图所示的结果。
• 按这Matthews和Rawlings给出的定义,钢铁及其合 金不应属于复合材料,如Co—Cr—Mo—Si合金不属于 复合材料,因为这种合金经过熔化和凝固过程;而仅有 像SiC颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合 材料。因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料 和狭义复合材料。
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
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• 因此复合材料必须通过对原材料的选择,各组分 分布的设计和工艺条件的保证等,以使原组分材料的优 点互相补充,同时利用复合材料的复合效应使之出现新 的性能,最大限度地发挥优势。
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• 综上所述,复合材料应具有以下三个特点: • (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通 过宏观或微观复合形成的一种新型材料,组元之间存在着明 显的界面。 • (2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最 大限度发挥各种材料组元的特性,并赋予单一材料组元所不 具备的优良持殊性能。
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•(3)基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法 常用来表示某一种具体的复合材料,习惯上把增强体材 料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面。
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例如:“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”,或
简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。
2、颗粒增强复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体 中; 3、板状增强体、编织复合材料:以平面二维或立体三维 物为增强材料与基体复合而成。 其他增强体:层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体
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•复合材料结构示意图
a)层叠复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合 d)短切纤维复合
材料。
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混杂复合材料: 两种或两种以上增强体 同一种基体制成的复合材料。可以看成是两种 或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合, 即复合材料的“复合材料”。
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•① 玻璃纤维复合材料
• 用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料,即玻璃钢。 玻璃钢分为两种,即热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。
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• F.L. Matthews和R.D.Rawlings认为,复合材料 是两个或两个以上组元或相组成的混合物,并应满足下面 三个条件: • (1)组元含量大于5%; • (2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能, • (3)通过各种方法混合而成。
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•纤维增强复合材料
•纤维增强复合材料分为以下五种:
① 玻璃纤维复合材料;
② 碳纤维复合材料;
③ 有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃 纤维等)复合材料;
④ 金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料;
⑤ 陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合
第一章复合材料的概念分类及其发展 历程
•偏重于考虑复合后材料的性能 •诸如(1) 复合材料是由两种或更多的组分材料结合 在一起,复合后的整体性能应超过组分材料,保留了所 期望的性能(高强度、刚度、轻的重量),抑制了所不期 望的特性(低延性)。
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•(2) 复合材料是多功能的材料系统,它们可提供任 何单一材料所无法获得的特性;它们是由两种或多种成 分不同,性质不同,有时形状也不同的相容性材料,以 物理形式结合而成的。
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