纤维力学性质共48页
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阳离子染色详解.pptx
短 • 理想的染色工艺
– 较快的升温速度 – 最短的染色时间 • 严格控制工艺条件，可保证染色效果
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（三）、染色工艺
• 按染色的最高温度和对工艺过程中温度的 控制方式不同： 升温沸染法
染色工艺 恒温染色法 高温染色法 低温染色法
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（一）控温法染色工艺
• 最常用的染色方法 • 从始染温度到沸点，要严格按工艺要求控
部分染料在此范围内完成上染，故为染料集中上 染区。 分段升温染色，越接近集中上染区，升温速率应 越慢，每个升温段应保温一定时间，以利于匀染 最高染色温度一般控制在98～105℃ 染色温度对染色饱和值没有显著影响
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（3）缓染剂
改善阳离子染料的匀染性能 阳离子型：争夺染座，延缓上染 阴离子型：形成不稳定染料—助剂复合物，
• 纤维饱合值Sf：纤维上所能吸附的染料最大值
• 测试： • 用指定的标准染料（一般是相对分子质量为400、亲和力较高的纯孔雀绿）， • 在100℃，pH=4.5±0.2，浴比100:1，回流染色4小时或平衡上染百分率达到95
％时， • 100g腈纶上吸附的染料量[（染料重量/纤维重量）×100%] 。
染 对含羧酸基的腈纶影响更为显著，含磺酸
基的腈纶上染速率影响较小
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pH值在4～6范围 内，大部分染料 和纤维性质稳定， 理想的在4.5～5.5 之间
在实际染色中， 采用缓冲体系来 保持染浴中pH值 的稳定
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（2）温度的影响
在玻璃化温度以上时，上染速率会迅速增加 染色温度处于玻璃化温度以上10～15℃时，大
升温 – 或加入一定的缓染剂控制染色速率
– 较快的升温速度 – 最短的染色时间 • 严格控制工艺条件，可保证染色效果
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（三）、染色工艺
• 按染色的最高温度和对工艺过程中温度的 控制方式不同： 升温沸染法
染色工艺 恒温染色法 高温染色法 低温染色法
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（一）控温法染色工艺
• 最常用的染色方法 • 从始染温度到沸点，要严格按工艺要求控
部分染料在此范围内完成上染，故为染料集中上 染区。 分段升温染色，越接近集中上染区，升温速率应 越慢，每个升温段应保温一定时间，以利于匀染 最高染色温度一般控制在98～105℃ 染色温度对染色饱和值没有显著影响
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（3）缓染剂
改善阳离子染料的匀染性能 阳离子型：争夺染座，延缓上染 阴离子型：形成不稳定染料—助剂复合物，
• 纤维饱合值Sf：纤维上所能吸附的染料最大值
• 测试： • 用指定的标准染料（一般是相对分子质量为400、亲和力较高的纯孔雀绿）， • 在100℃，pH=4.5±0.2，浴比100:1，回流染色4小时或平衡上染百分率达到95
％时， • 100g腈纶上吸附的染料量[（染料重量/纤维重量）×100%] 。
染 对含羧酸基的腈纶影响更为显著，含磺酸
基的腈纶上染速率影响较小
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pH值在4～6范围 内，大部分染料 和纤维性质稳定， 理想的在4.5～5.5 之间
在实际染色中， 采用缓冲体系来 保持染浴中pH值 的稳定
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（2）温度的影响
在玻璃化温度以上时，上染速率会迅速增加 染色温度处于玻璃化温度以上10～15℃时，大
升温 – 或加入一定的缓染剂控制染色速率
7.凯夫拉纤维
盐酸
37
21
盐酸
37
21
氢氟酸
10
21
硝酸
10
21
硫酸
10
21
硫酸
10
21
氢氧化钠 28
21
时间(h)
24 100 1000 100 100 100 1000 1000
强度损失(%)
Kevlar-29 Kevlar-49
0
72
63
88
81
10
6
79
77
9
12
59
31
9
7
36
第三十六页，编辑于星期三：八点 四十三分。
9
第九页，编辑于星期三：八点 四十三分。
3. 芳纶纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段： 第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成PPTA;
第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制成所 需要的纤维材料。
10
第十页，编辑于星期三：八点 四十三分。
简单流程图
第一阶段
11
第十一页，编辑于星期三：八点 四十三分。
151工艺流程聚合物ppta2纺丝工艺浓硫酸溶解纺丝溶液干湿法纺丝水洗干燥kevlar29热处理550nkevlar49总结ppta溶解于浓硫酸中在一定温度和浓度下形成的是向列型液晶溶液具有高浓度低粘度性质有利于纺丝ppta浓硫酸溶液粘度浓度示意图纺丝溶液ppta在硫酸中处于各向异性的液晶态呈一定取向态易沿外界作用力方向取向具有高浓度低粘度的特点利于纺丝集成电路是采用半导体制作工艺在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器电容器等元器件按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路因其管脚非常密集所以非常容易造成虚焊
纺织材料学教案1 纤维结构的基本知识
纤维 粘胶 低牵伸(普通粘胶)
高牵伸(强力粘胶) 铜氨粘胶 苧麻 海岛棉 陆地棉
取向因子 0.54 0.88 0.74 0.97 0.72 0.62
图 纤维素Ⅱ的晶格结构示意图 图 几种再生纤维素纤维的截面形态
四、Lyocell 纤维 Lyocell 纤维是可回收溶剂法制备的再生纤维素纤维。
图 2-20 水中膨润后的纤维结构示意图 第三节 蛋白质纤维的内部结构
第一章 纤维结构的基本知识
教学目标： 1、纺织纤维内部结构概述； 2、纤维素纤维的内部结构； 3、蛋白质纤维的内部结构 4、合成纤维的内部结构介绍。
教学重点与难点：
1、教学重点 几种主要植物纤维的特性及其性能指标。 2、教学难点 指标体系及表述。 3、解决方法 建立清晰的概念，对在后面章节还会出现的长度、细度、强度等的概念和指标可采用螺旋上 升的方法教学，成熟度要讲透。
表 再生纤维素纤维的结晶度与聚合度
表 纤维素纤维的光学取向因子比较
纤维 普通粘胶 富强粘胶 强力粘胶 Modal Tencel® 浆粕
结晶度(%) 30～35 45～50 50～55 42～46 48～52 55～65
聚合度 250～300 500 左右 300～350 350～450 500～550 >600
3)相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。 结晶度↓→纤维吸湿性↑；容易染色；拉伸强度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性， 弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼 。
3. 纤维的取向结构 不管天然纤维还是化学纤维，其大分子的排列都会或多或少地与纤维轴相一致，这种大分子
排列方向与纤维轴向吻合的程度称作取向度。 结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取向度高，取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，
植物学植物组织
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4、简述分生组织、保护组织的概念、存在部位和特点。
组织类型 分生组织
保护组织
概念
是具有 分裂功 能的细 胞组成 的组织
是覆盖 于植物 体表起 保护作 用的组 织。
存在部位
特点
主要存在于植物体 细胞一般排列紧密 生长和增粗的部位， 体积小，细胞壁薄， 如根尖、茎尖的生 细胞核相对大，细 长锥以及茎和根的 胞质浓，一般没有 形成层、木栓层。 液泡和质体的分化。
侧壁增厚呈不同花纹的死亡细胞所构成的，其生理功能是输导水分和无机盐。 筛管分布于根茎等韧皮部，由筛管分子纵向连接端壁形成具筛孔的筛
板的生活细胞，其功能是输导同化产物。
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分生组织
按来源分
成熟组织
保护组织 薄壁组织 机械组织 输导组织 分泌组织
表皮 周皮 同化组织 储存组织 储水组织 通气组织 厚壁组织 薄壁组织 木质部
韧皮部
外部的分泌 结构
内部的分泌 结构
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木栓 木栓形成层
栓内层
导管 管胞 纤维 薄壁组织 筛管 伴胞 薄壁组织 纤维 腺表皮 腺毛 蜜腺 排水器 分泌细胞 分泌腔 乳汁管
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二、保护组织
1、保护组织：是覆盖于植物体表起保护作用的组织。 2、存在部位：在高等植物体的表面，是由一层或数层的细胞组成。 3、作用：减少体内水分的蒸发，控制植物与环境的气体交换，防止病虫害侵袭 和机械损伤。
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天竺葵表皮细胞
（2）单子叶植物表皮： ①细胞：排列规则，上表皮含泡状细胞。 ②气孔：上下表皮均有分布，气孔由2个狭长或哑铃状的保卫细胞构成 。
4、简述分生组织、保护组织的概念、存在部位和特点。
组织类型 分生组织
保护组织
概念
是具有 分裂功 能的细 胞组成 的组织
是覆盖 于植物 体表起 保护作 用的组 织。
存在部位
特点
主要存在于植物体 细胞一般排列紧密 生长和增粗的部位， 体积小，细胞壁薄， 如根尖、茎尖的生 细胞核相对大，细 长锥以及茎和根的 胞质浓，一般没有 形成层、木栓层。 液泡和质体的分化。
侧壁增厚呈不同花纹的死亡细胞所构成的，其生理功能是输导水分和无机盐。 筛管分布于根茎等韧皮部，由筛管分子纵向连接端壁形成具筛孔的筛
板的生活细胞，其功能是输导同化产物。
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分生组织
按来源分
成熟组织
保护组织 薄壁组织 机械组织 输导组织 分泌组织
表皮 周皮 同化组织 储存组织 储水组织 通气组织 厚壁组织 薄壁组织 木质部
韧皮部
外部的分泌 结构
内部的分泌 结构
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木栓 木栓形成层
栓内层
导管 管胞 纤维 薄壁组织 筛管 伴胞 薄壁组织 纤维 腺表皮 腺毛 蜜腺 排水器 分泌细胞 分泌腔 乳汁管
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二、保护组织
1、保护组织：是覆盖于植物体表起保护作用的组织。 2、存在部位：在高等植物体的表面，是由一层或数层的细胞组成。 3、作用：减少体内水分的蒸发，控制植物与环境的气体交换，防止病虫害侵袭 和机械损伤。
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天竺葵表皮细胞
（2）单子叶植物表皮： ①细胞：排列规则，上表皮含泡状细胞。 ②气孔：上下表皮均有分布，气孔由2个狭长或哑铃状的保卫细胞构成 。
【材料】印刷材料学PPT课件
v : 纸张的体积
d : 苯的密度
.
32
二、平均孔半径 指长度等于纸页厚度之孔隙的当量半径 仅表示孔隙量的相对大小，并不能说明孔
隙的大小、形状和分布 经测定发现：
沿纸页纵向的平均孔径半径最大 沿厚度方向的平均孔径半径最小 三、孔径分布 孔径分布对于印刷纸的重要性
.
33
第三章 纸和纸板的基本物理性能
学性能 3、 匀度的测量
MK Formation Analyzers: Drum Scanner Model MK975
.
24
第三节 纸张的水平结构及垂直结构
一、纸张的水平结构
纸页的力学性质不仅取决于纤维间的 接触，即纤维间交叉总量，还取决于纤 维网络中每根纤维的交叉数量。
.
25
Microscopic image of paper surface
纸张表面 微观结构
.
26
Two-dimensional random fiber network approximation excluding the free fiber ends.
.
27
二、纸张的垂直结构：
1、纤维间粘结的程度——垂直结构中最重 要的结构性质
Z向强度：纸张在垂直方向的抗张强度
第一篇 承印材料
第一章 印刷纸的组成
第一节 印刷纸的基本组成——植物纤维 一、造纸植物纤维原料的种类 1、木材纤维原料 2、非木材纤维原料
.
1
几种纤维的比较
.
亚麻 木 棉 丝 微细纤维
2
二、造纸纤维原料的化学组成及特点
1、纤维素 2、半纤维素 3、木素 4、木材、草类和棉纤维的组成特点
.
3
d : 苯的密度
.
32
二、平均孔半径 指长度等于纸页厚度之孔隙的当量半径 仅表示孔隙量的相对大小，并不能说明孔
隙的大小、形状和分布 经测定发现：
沿纸页纵向的平均孔径半径最大 沿厚度方向的平均孔径半径最小 三、孔径分布 孔径分布对于印刷纸的重要性
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33
第三章 纸和纸板的基本物理性能
学性能 3、 匀度的测量
MK Formation Analyzers: Drum Scanner Model MK975
.
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第三节 纸张的水平结构及垂直结构
一、纸张的水平结构
纸页的力学性质不仅取决于纤维间的 接触，即纤维间交叉总量，还取决于纤 维网络中每根纤维的交叉数量。
.
25
Microscopic image of paper surface
纸张表面 微观结构
.
26
Two-dimensional random fiber network approximation excluding the free fiber ends.
.
27
二、纸张的垂直结构：
1、纤维间粘结的程度——垂直结构中最重 要的结构性质
Z向强度：纸张在垂直方向的抗张强度
第一篇 承印材料
第一章 印刷纸的组成
第一节 印刷纸的基本组成——植物纤维 一、造纸植物纤维原料的种类 1、木材纤维原料 2、非木材纤维原料
.
1
几种纤维的比较
.
亚麻 木 棉 丝 微细纤维
2
二、造纸纤维原料的化学组成及特点
1、纤维素 2、半纤维素 3、木素 4、木材、草类和棉纤维的组成特点
.
3
涤纶工业丝生产过程中的断头分析与控制
第三章 断头原因分析 ...................................................... 15 3.1 原料引起断头..................................................................................................................15 3.1.1 物理性质引起的断头.........................................................................................15 3.1.2 组件不正常引起原料的波动.............................................................................16 3.2 工艺设计不合理.............................................................................................................17 3.3 设备运行不正常.............................................................................................................22 3.4 人为因素的断头.............................................................................................................24
高强度、高伸 长、低收缩、不
高强度、高伸 长、低收缩、不
PGLA纤维力学性能与结晶和取向的关系
PGLA纤维力学性能与结晶和取向的关系李健;黄庆;李鑫【摘要】通过研究PGLA纤维力学性能与结晶、取向结构之间的关系,发现:PGLA 纤维的弹性模量和断裂伸长率取决于非晶区取向函数和结晶度,而与实现结晶和取向的加工条件无关.在实验条件内,弹性模量与非晶区取向函数符合线性关系Ey=31.202+76.175fa;结晶度增加至约15.5%时弹性模量出现快速增加;断裂伸长率随结晶度和非晶区取向函数的增大而单调降低且降低速率逐渐减小.【期刊名称】《化纤与纺织技术》【年(卷),期】2010(039)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】乙交酯-L-丙交酯共聚物纤维;力学性能;结晶;取向【作者】李健;黄庆;李鑫【作者单位】中国纺织科学研究院生物源纤维制造技术国家重点实验室,北京,100025;中国纺织科学研究院生物源纤维制造技术国家重点实验室,北京,100025;中国纺织科学研究院生物源纤维制造技术国家重点实验室,北京,100025【正文语种】中文【中图分类】TQ340.65目前，乙交酯-L-丙交酯共聚物(PGLA)纤维主要应用于可吸收缝合线和内固定物的编织等[1]，其应用面临的主要问题是力学性能的改善和控制降解特性[2-3]。
从凝聚态结构角度分析，结晶和取向结构是影响PGLA纤维力学性能和降解性能的主要结构因素[4-5]，而纤维结晶和取向结构的形成主要取决于纺丝后的拉伸和热定型过程[6-7]。
鉴于目前对PGLA纤维结晶和取向结构与力学性能关系的研究尚不多见，所以，本文将研究PGLA纤维结晶和取向结构与力学性能的关系，为开发力学性能可控的PGLA纤维积累必要的理论基础。
1 实验1.1 样品采用熔融纺丝法得到PGLA初生纤维，共聚物中乙交酯单元的实际摩尔分数约为0.92，特性黏度约1.0 dL/g(苯酚/四氯乙烷=1 ∶1)[8]。
将PGLA 初生纤维依次通过喂入辊、热板、牵伸辊和卷绕装置完成拉伸过程，得到PGLA拉伸纤维。
纺织材料学教学样章公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
第41页
第二节 光学性质
光学性质: 纤维在光照射下表现出来性质。 主要包括色泽、双折射、耐光性。
光学性质与纺织品外观质量关系密切； 光学性质是研究纤维内部结构一个路径
第42页
一、纤维色泽
1. 纤维颜色 纤维颜色取决于纤维对不同波长色光吸
取和反射能力。
天然纤维颜色取决于: 品种（即天然色素）；生长过程中外界
35
20
-C 8H 17， -2 0
-C 18H 37 -1 0 0
假如是对称双取代，可提升分子链柔顺性，Tg下降，如:
Cl
C2 C HH C2 C H
Cl
Cl
T g(o C ) 8 1
-1 7
C2 C HH C3H
C3H C2 C H
C3H
-1 8
-7 0
第22页
c.分子量
•当分子量较低时, MW↗, Tg↗； •当分子量足够大时, Tg与分子量无关。
使用时也要注意热收缩问题。
第33页
五、纤维热塑性和热定型
1. 基本概念
热塑性——将合成纤维或制品加热到Tg以上 温度，
并加一定外力 逼迫其变形，然后冷却
并清除外力，这种变形就可固 定下来，
以后碰到T<Tg时，则纤维或制品形
状就不 会有大改变。这种特性称之
为热塑性。
热定型——就是利用合纤热塑性，将织物在
第7页
3. 纤维集合体体积重量
保暖是否主要取决于纤维层中夹持静止空 气数量。
纤维层中夹持空气越多, 则纤维层绝热性越 好。一旦夹持空气流动, 保暖性将大大减 少。
纤维层体积重量在0.03-0.06g/cm3, λ最 小, 保暖性最好。
第8页
第二节 光学性质
光学性质: 纤维在光照射下表现出来性质。 主要包括色泽、双折射、耐光性。
光学性质与纺织品外观质量关系密切； 光学性质是研究纤维内部结构一个路径
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一、纤维色泽
1. 纤维颜色 纤维颜色取决于纤维对不同波长色光吸
取和反射能力。
天然纤维颜色取决于: 品种（即天然色素）；生长过程中外界
35
20
-C 8H 17， -2 0
-C 18H 37 -1 0 0
假如是对称双取代，可提升分子链柔顺性，Tg下降，如:
Cl
C2 C HH C2 C H
Cl
Cl
T g(o C ) 8 1
-1 7
C2 C HH C3H
C3H C2 C H
C3H
-1 8
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c.分子量
•当分子量较低时, MW↗, Tg↗； •当分子量足够大时, Tg与分子量无关。
使用时也要注意热收缩问题。
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五、纤维热塑性和热定型
1. 基本概念
热塑性——将合成纤维或制品加热到Tg以上 温度，
并加一定外力 逼迫其变形，然后冷却
并清除外力，这种变形就可固 定下来，
以后碰到T<Tg时，则纤维或制品形
状就不 会有大改变。这种特性称之
为热塑性。
热定型——就是利用合纤热塑性，将织物在
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3. 纤维集合体体积重量
保暖是否主要取决于纤维层中夹持静止空 气数量。
纤维层中夹持空气越多, 则纤维层绝热性越 好。一旦夹持空气流动, 保暖性将大大减 少。
纤维层体积重量在0.03-0.06g/cm3, λ最 小, 保暖性最好。
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复合材料细观力学讲诉
混合律基础
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复合材料各组成相都是各向同性材料给定远场应变，由Voigt假设有
给定远场应力，由Reuss假设有
Voigt and Reuss假设适用于长纤维复合材料沿纤维方向的拉伸刚度，分别对应真实解的上下限
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证 明
复合材料代表性单元内力势能为：
根据等应变假设，势能Voigt近似值为
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复合材料有效弹性模量定义
两类均匀边界条件
在均匀边条作用下，除边界点附近可能有扰动存在，统计均匀复合材料应力场和应变场也是统计均匀的。即，代表性体积单元内场量=复合材料体积平均值
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证明
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式中上标0代表复合材料基体相，r代表复合材料第r类增强相
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得到各向同性介质椭球体中，存在
S是四阶Eshelby张量，与材料性能和夹杂形状有关，具有椭圆积分形式，并可推广到各向异性介质和本征应变不均匀情况。对于特殊形状夹杂，可以写出解析表达式：
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对于球形夹杂，具有下列形式：
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2.2 等效夹杂原理 由于椭球夹杂存在，则
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复合材料细观力学的核心任务建立复合材料宏观性能同其组分性能及其细观结构之间的定量关系，并揭示复合材料结构在一定工况下的响应规律及其本质，为复合材料优化设计、性能评价提供必要的理论依据及手段。追溯到19世纪爱因斯坦关于两种不同介电性能的电介质组成的复合电介质等效介电常数预报问题。50年代----70年代80年代快速发展90年代不可缺少
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复合材料结构设计复合材料本身是非均质、各向异性材料，因此复合材料力学在经典非均匀各向异性弹性力学基础上迅速发展。复合材料不仅是材料，更确切的说是结构以纤维增强的层合板结构为例，复合材料设计可分为三个阶段：1、单层材料设计，选择增强材料、基体材料、配比关系
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