功能复合材料绪论精品PPT课件

在玻璃纤维增强塑料中，当玻璃纤维表 面选用适宜的硅烷偶联剂处理后，与树脂基 体组成的复合材料，由于强化了界面的结合， 故致使材料的拉伸强度比未处理纤维组成的 复合材料可高出30--40%，而且湿态强度保留 率也明显提高。
10.10.2020
功能复合材料
23
但是，这种强结合的界面同时却导致 了复合材料冲击性能的降低。
功能复合材料
20
相抵效应
基体与增强体组成复合材料时， 若组分间性能相互制约，限制了整体 性能提高，则复合后显示出相抵效应。
10.10.2020
功能复合材料
21
例如，脆性的纤维增强体与韧 性基体组成的复合材料，当两者界 面结合很强时，复合材料整体显示 为脆性断裂。
10.10.2020
功能复合材料
22
一类复合效应为线性效应； 另一类则为非线性效应。 在这两类复合效应中，又可以显示出不 同的特征。
10.10.2020
功能复合材料
13
下表列出了不同复合效应的类别。
不同复合效应的类别
线性效应 平均效应 平行效应 相补效应 相抵效应
复合效应 非线性效应 相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
10.10.2020
10.10.2020
功能复合材料
18
相补效应
组成复合材料的基体与增强体，在性 能上相互补充，从而提高了综合性能，则 显示出相补效应。
10.10.2020
功能复合材料
19
对于脆性的高强度纤维增强体与韧性 基体复合时，两相间若能得到适宜的结合 而形成的复合材料，其性能显示为增强体 与基体的互补。
10.10.2020
10.10.2020
功能复合材料
4
1. 2 功能复合材料的设计
1.2.1 功能复合材料的设计原则 功能复合材料主要由一种或多种功能
体和基体组成。
柔韧性磁体：
磁粉
功能体
橡胶和塑料 基体 黏结和赋形作用，
并同时改善材料的物理机械性能
10.10.2020
功能复合材料
5
在单一功能体的复合材料中，其功能 性质虽然由功能体提供，但基体不仅起到 粘结和赋形作用，同时也会对复合材料整 体的物理性能有影响。
10.10.2020
功能复合材料
6
多元功能体的复合材料可以具有多种 功能，同时还有可能由于产生复合效应而 出现新的功能。
因此，多功能复合材料成为功能复合 材料的发展方向。
10.10.2020
功能复合材料
7
功能复合材料的主要设计原则：
（1）首先考虑关键的、主要的性能； （2）兼顾其它性能； （3）选择性能分散性小的原材料; （4）采取的成型工艺尽可能简单、方便； （5）经济性合理。
10.10.2020
功能复合材料
8
复合材料设计的目的：提高材料的综合性能, 也就是材料的优值。
材料的优值：是由几个物理量综合起来对材 料的使用性能进行评价的量。
复合材料有很多途径以达到高优值，即 按照要求调整其特有的参数，经设计来满足 材料有关的物理量组元。也可通过复合材料 的复合效应设计制造各种功能复合材料。
功能复合材料
14
平均效应
是复合材料所显示的最典型的一种复合效 应。它可以表示为：
Pc PmVmPfVf
式中，Ｐ为材料性能，Ｖ为材料体积 含量，角标c、m、f分别表示复合材料、 基体和增强体（或功能体）。
10.10.2020
功能复合材料
15
复合材料的某些功能性质，例如电导、 热导、密度和弹性模量等服从平均效应这 一规律。
例如，复合材料的弹性模量，若用混 合率来表示，则为
EcEmVmEfVf
10.10.2020
功能复合材料
16
平行效应
显示这一效应的复合材料，它的各 组分材料在复合材料中，均保留本身 的作用，既无制约，也无补偿。
10.10.2020
功能复合材料
17
对于增强体（如纤维）与基体界 面结合很弱的复合材料，所显示的复 合效应，可以看作是平行效应。
因此，在金属基、陶瓷基增强复合材 料中，过强的界面结合不一定是最适宜的。
10.10.2020
功能复合材料
24
相补效应和相抵效应常常是共同存在的。 显然，相补效应是希望得到的，而相抵 效应要尽量能够避免。 所有这些，可通过相应复合材料的设计 来加以实现。
10.10.2020
功能复合Βιβλιοθήκη Baidu料
模仿生物体中的纤维和基体的合理分布，通过 数据库和计算机辅助设计可望设计出性能优良的仿 生功能材料。
又如XY平面是压电，XZ平面呈电致发光性， 通过铺层设计可以得到YZ平面压致发光的复合材料。
10.10.2020
功能复合材料
12
1. 3 功能复合材料的复合效应
材料在复合后所得的复合材料，依据其 产生复合效应的特征，可分为两大类：
调整尺寸 当功能体尺寸从微米、亚微米减小到纳米时，原 有的宏观物理性质会发生变化。这是由于物体尺寸减小时表 面原子数增多引起的。
调整周期性
10.10.2020
功能复合材料
11
2）可利用复合效应创造新型复合功能材料 例如，利用线性效应的混合法则，通过合理铺
设可以设计出某一温度区间膨胀系数为零或接近于 零的构件。
功能复合材料
授课教师: 许红亮
10.10.2020
功能复合材料
2
1. 绪论
复合材料按使用目的可分为两类: 结构复合材料和功能复合材料
10.10.2020
功能复合材料
3
1. 1 功能复合材料概述
功能复合材料是指除力学性能以外而提 供其他物理性能（并包括部分化学和生物性 能）的复合材料，如导电、超导、半导、磁 性、压电、阻尼、吸声、摩擦、吸波、屏蔽、 阻燃、防热、隔热等功能复合材料。
10.10.2020
功能复合材料
9
1.2.2 功能复合材料的设计特点
复合材料的最大特点在于它的可设计性。 因此，在给定的性能要求、使用环境及 经济条件限制的前提下，从材料的选择途径 和工艺结构途径上进行设计。
10.10.2020
功能复合材料
10
1）具有提高材料优值的广泛途径和自由度
调整复合度 复合度是参与复合各组分的体积（质量）分数。
调整联接方式 复合材料中各组分在三维空间中互相连接的 形式可任意调整。
调整对称性 对称性是功能复合材料组分在空间几何布局上 的特征。不同功能复合材料的对称性须选用不同的描述方法。 如，0-3型（球形颗粒分散在基体中）复合材料各向同性； 1-3型（针行颗粒按一定方向排列）产生双折射行为；2-2型 （片状颗粒分散在基体中）则出现负光性。