混杂复合材料
复合材料的分类方式
复合材料的分类方式复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的材料。
根据复合材料的不同特点和性质，可以将其分为以下几类：1. 纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composites）纤维增强复合材料是指将纤维材料与基体材料相结合形成的复合材料。
纤维可以分为无机纤维和有机纤维两类。
无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维等，有机纤维包括聚合物纤维等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
纤维增强复合材料具有高强度、高模量、轻质化等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
2. 颗粒增强复合材料（Particle Reinforced Composites）颗粒增强复合材料是指将颗粒状的强化材料分散在基体材料中形成的复合材料。
强化材料可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、碳纳米管等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
颗粒增强复合材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性等特点，常用于制造耐磨零件、导热材料等。
3. 层合复合材料（Laminated Composites）层合复合材料是指将两个或两个以上的层材料按一定的顺序叠加在一起形成的复合材料。
不同层材料可以有不同的性质和功能，常见的有纤维增强塑料、金属层合板等。
层合复合材料具有高强度、高刚度、耐疲劳等特点，广泛应用于船舶、飞机、建筑等领域。
4. 混杂复合材料（Hybrid Composites）混杂复合材料是指将两种或两种以上不同类型的增强材料同时应用于复合材料中形成的复合材料。
根据增强材料的不同，混杂复合材料可以分为纤维/颗粒复合材料、纤维/纤维复合材料等。
混杂复合材料可以综合各种材料的优点，提高材料的性能和功能。
5. 矩阵增强复合材料（Matric Reinforced Composites）矩阵增强复合材料是指在基体材料中添加颗粒状或纤维状的增强材料，通过改变基体材料的组成和结构来实现复合材料的强化。
常见的矩阵增强复合材料有金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
混杂复合材料
2.基体的影响
基体的混杂效应的关系尚没有定量的认 识。其实，复合材料很多性能与树脂基 体的性能有关，而有些性能又是由基体 的性能决定的。
3.混杂结构因素的影响
混杂复合材料的断裂应变并不恒定，它和纤 维的位置分布有关，一般可用混杂比和分散 度这两个结构参数表示两种纤维的位置分布。 在许多场合，断裂应变值随混杂体系的分散 度增加而增加，也随着混杂比变化而明显变 化。
混杂复合材料
混杂复合材料概述
混杂复合材料概念
混杂复合材料是指将两种或两种以上的增强 体增强同一基体或多种基体而制成的复合材 料。 混杂复合材料可以看成是两种或多种纤维或 颗粒增强复合材料的相互复合。
混杂复合材料分类
• 按照基体分，混杂复合材料可分为金属基 混杂复合材料、陶瓷基混杂复合材料、树 脂基混杂复合材料和多种基体复合的混杂 复合材料。 • 按照增强体分，可以分为混杂纤维复合材 料，混杂颗粒复合材料以及纤维和颗粒混 杂复合材料。 • 当增强体和基体都多于一种的混杂复合材 料称为超混杂复合材料。
混杂方式对材料的力学性能影响
混杂复合材料 的弯曲强度
混杂材料的层 间剪切强度
混杂效应
混杂纤维复合材料由于采用两种纤维混杂， 复合材料的性能出现综合效果。某些性能， 在一定条件下符合混合律关系，而另一些性 能则与混合律关系出现正的（偏高）或负的 （偏低）偏差。人们普遍地将此偏离混合律 关系的现象称为“混杂效应”。
引起混杂效应的因素
• • • • 1.制造工艺的热收缩 2.基体的影响 3.混杂结构因素的影响 4.界面状态的影响
1.制造工艺的热收缩
混杂纤维复合材料体系中两种纤维的热膨胀 系数存在差异，这两种纤维在复合材料固化 后，由于不同的热收缩造成零载时两种纤维 所处的受力状态不同。 例：碳纤维（CF）/玻璃纤维（GF）混杂复合 后，由于热收缩造成零载时，CF受压，GF受 拉。当复合材料受力时，就会出现混杂效应。 如CF/GF混杂复合材料，达到CF断裂应力时， 其断裂应变提高，而使GF的破坏应变降低。
混杂复合材料课件
结构设计原则
功能性原则
根据材料的使用环境、使用要 求和功能目标，确定材料的结
构形式和尺寸。
稳定性原则
确保材料在各种环境条件下具 有稳定的性能表现，包括力学 性能、热性能、电磁性能等。
轻量化原则
在满足使用要求的前提下，尽 量减轻材料的重量，提高其比 强度和比刚度。
经济性原则
考虑材料的制造成本和使用成 本，寻求最优化的设计方案。
06
混杂复合材料的发展趋 势与挑战
发展趋势
高性能化
提高材料的力学性能、耐热性、耐腐 蚀性等，以满足高端领域的需求。
轻量化
发展轻质、高强度的材料，以适应节 能减排和新能源汽车等领域的需要。
智能化
引入智能材料和智能结构设计，实现 材料性能的自适应和调控。
环保化
发展绿色环保的材料，减少对环境的 污染和资源的浪费。
耐热性
03
表示材料在高温下保持其物理、化学性能的能力，通常采用热
重分析法测定。
电学性能表征
电导率
表示材料传导电流的能力，通常采用电桥法测定。
介电常数
反映了材料在电场作用下的极化程度，通常采用电容器法测定。
介质损耗角正切值
表示材料在交变电场作用下的能量损耗，通常采用电桥法测定。
04
混杂复合材料的结构设 计
真空袋法优缺点
真空袋法可以获得高强度、高密度的复合材料，但需要使 用大量树脂，成本较高，且工艺周期较长。同时，该方法 还需要使用真空泵和密封胶等设备材料。
注射法制备颗粒增强金属基复合材料
01
颗粒增强金属基复合材料的特性
颗粒增强金属基复合材料是一种金属基复合材料，具有高强度、高刚度
、耐磨、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车等领域。
混杂增强复合材料
一、纳米粉体的合成 1、纳米粉体的物理制备方法 1）惰性气体冷凝法 将装有待蒸发物质的容器抽至10-6Pa高真空后，充 入惰性气体，然后加热蒸发源，使物质蒸发成雾状原 主，随惰性气体冷凝到冷凝器上，将聚集的纳米尺度 的粒子收集，即得到纳米粉体。如采用多个蒸发源， 可制备复合粉体或化合物粉体。颗粒尺寸可通过蒸发 速率和凝集气的压力来进行调控。这种方法是制备清 洁界面纳米粉的主要方法之一。
3、混杂织物混杂 这种类型的混杂除为满足某些力学性能的要求 外，有时也有工艺上的需要。其主要是通过经 纬向相同纤维不同性能或不同类型纤维的编织 物进行的混杂。
4、超级混杂复合材料 超级混杂复合材料是将纤维复合材料、片 状（金属或非金属）材料等进行混杂复合 的材料以及各种夹层结构材料。例如，防 弹材料就是由纤维、复合材料、橡胶板材、 合金钢板等混杂复合的材料；一种用于航 空结构的Arall材料实质上是一种纤维复合 材料与铝板复合的超级混杂复合材料。
4）降低制品成本。 在性能允许的情况下，用价格低的纤维取 代部分高价纤维制成混杂复合材料构件可 以降低制品成本。另一方面，使用适量高 价但高性能的纤维制成混杂复合材料构件， 获得材料的高性能/价格比，同样获得大的 经济效益。
如直升飞机的金属旋翼桨叶改用混杂复合 材料，就材料本身可能增加了成本。但结 构改变后，零件数由原400 种减少到100 余种，重量减轻40%，同时简化了生产工 艺、缩短了制备周期使用寿命由金属的几 百小时提高到上万小时，取得了明显的经 济效益。
2）高能机械球磨法 高能机械球磨是一个颗粒循环剪切形变的过 程。在球磨过程中，大晶粒内部不断产生晶 格缺陷，致使颗粒中大角度晶界重新组合， 颗粒尺寸下降数量级为103~105，进入纳米 晶粒范围。高能机械球磨法可以实现机械合 金化，得到合金纳米晶和复合纳米晶。但容 易带进杂质，比较适合于金属材料
混杂纤维复合材料性能研究
混杂纤维复合材料性能研究乌云其其格;隋成国;马如飞;张宝艳;杜宇【摘要】对碳纤维织物、玻璃纤维织物和芳纶织物的性能进行测试,采用热熔法分别制备了一种增韧中温固化环氧碳纤维织物预浸料、玻璃纤维织物预浸料和芳纶织物预浸料.预浸料以单种预浸料铺层和不同纤维织物预浸料混合铺层方式铺贴组合,通过模压法成型复合材料层合板,进行性能测试并对比.结果表明,增韧中温固化环氧树脂的不同纤维织物预浸料混合铺层成型的层压板力学性能可以根据铺层设计优化,并不损失不同纤维铺层之间的界面性能.【期刊名称】《高科技纤维与应用》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】7页(P25-31)【关键词】增韧中温固化环氧树脂;碳纤维织物;玻璃纤维织物;芳纶织物;混合复合材料;性能【作者】乌云其其格;隋成国;马如飞;张宝艳;杜宇【作者单位】中航复合材料有限责任公司,北京 101300;中航工业成都飞机设计研究所,成都610091;中航工业成都飞机设计研究所,成都610091;中航复合材料有限责任公司,北京 101300;中航复合材料有限责任公司,北京 101300【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.7前言复合材料是由两种或两种以上不同材料通过某种方式结合而成的新材料，其中各组分材料仍保持其原有特性，但是组成新材料的性能优于各单独组分材料。
与一般材料的简单混合有本质区别。
航空用复合材料分为树脂基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMC)、陶瓷基复合材料(CMC)和碳-碳复合材料(C/C)等。
由于树脂基复合材料具有现代飞机所需的重要特性，如高的比强度、比模量、尺寸稳定性、优异的耐腐蚀性能、耐磨性、介电性能、电绝缘性能和综合力学性能以及性能的可设计和成形工艺多样性等，因而在航空工业上获得了广泛的应用。
树脂基复合材料也称为纤维增强塑料。
按树脂类型的不同，树脂基复合材料分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。
热固性树脂基复合材料是最早应用在航空工业，目前在航空工业应用量最大的复合材料。
玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料的拉伸及低速冲击性能研究
玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料的拉伸及低速冲击性能研究王海雷1，段跃新2，王维维3，蒋金隆1(1.中国航空制造技术研究院，北京100024； 2.北京航空航天大学，北京100191； 3.中航复合材料有限责任公司，北京101300)摘要：本文采用真空辅助树脂渗透成型(VARI)工艺成型了0°/90°玻璃纤维经编织物和0°/90°碳纤维经编织物不同混杂比的复合材料板，并探讨了混杂比、混杂方式等因素对碳-玻纤混杂纤维复合材料的拉伸性能及低速冲击性能的影响。
研究结果表明:少量碳纤维的加入便可很好地改善纯玻璃纤维材料的拉伸和冲击性能；同种混杂比下，玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构拥有最好的拉伸性能；对于低速冲击性能来说，随着试样中碳纤维含量的增加，冲击能降低，扩展能降低，韧性指数降低,冲击后剩余压缩强度增大；碳纤维、玻璃纤维含量相接近时，玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构表现出较好的抗低速冲击性能；碳纤维、玻璃纤维含量相差较大时，玻璃纤维铺覆表面的夹芯结构的抗低速冲击性能较好。
关键词：混杂复合材料；混杂方式；拉伸性能；低速冲击性能；冲击后压缩测试中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)02-0102-08近年来,复合材料应用领域不断拓展,对树脂基复合材料的生产成本、重量、耐疲劳性能、抗冲击性能等提出了更多更高的要求。
许多高强度、高模量的复合材料抗低速冲击性能较差,而制造、使用和维护过程中低速冲击又很难避免。
低速冲击不仅会造成复合材料层板的凹陷和分层等可见损伤，还会导致层板微裂纹，复合材料夹芯结构的板芯脱黏、芯子凹陷和屈曲等不可见损伤。
不可见损伤从结构外表不易察觉，但会使结构的承载能力受到严重影响，容易发生突然事故［1，2］。
所以，树脂基复合材料的深入研究仍然任重而道远。
基于高分子材料“共混与改性”的理念,人们提出了混杂纤维复合材料的概念。
混杂纤维复合材料性能研究
（１．ＡＶＩＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＬＴＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０１３００； ２． ｃｈｅｎｇｄｕ ａｉｒｃｒａｆｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，６１００９１）
等，因而在航空工业上获得 了广泛 的应用 。树脂
基复合 材料 也 称 为 纤维 增 强 塑 料 。按 树 脂 类 型 的
不同，树脂基复合材料分为热固性树脂基复合材
料和 热塑性 树 脂 基 复 合材 料 。热 固性 树 脂 基 复 合
材料 是最早 应 用 在 航 空工 业 ， 目前 在 航 空 工 业 应
关键词 ：增韧 中温 固化环氧树脂 ；碳纤维织物；玻璃纤维织物 ；芳纶织物 ；混合复合材料 ；性能 中 图分 类 号 ：ＴＱ３４２＋．７ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１００７—９８１５（２０１８）０４—００２５—０７
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈ ｙｂｒｉｄ Ｆｉｂｅｒ Ｃ ｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ
作者简介 ：乌云其其格 （１９６８一 ），女 ，内蒙古赤峰 人 ，研究员 ，主要从事 树脂基 、复合 材料等 方面 的研 究 ，电子 信箱 ：ｗｕｙｕｎｑｉｑｉｇｅ２００６
＠ １２６．ｔｏｍ 。
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高科技纤维与应用 ２５
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复合材 料是 由两 种 或 两 种 以上 不 同材 料 通 过
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆａｂｒｉｃｓ，ｇｌａｓｓ ｆａｂｒｉｃｓ ａｎｄ ａｒａｍ ｉｄ ｆａｂｒｉｃｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ． Ａ ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ ｍｉｄｄｌｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｅｄ ｅｐｏｘｙ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ，ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ａｎｄ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｏｔ ｍｅｌｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｐｒｅｐｒｅｇ ｉｓ ｐａｖｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｐｒｅｐｒｅｇ ｐｌｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆａｂｒ ｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ｍｉｘｉｎｇ ｐｌｉｅｓ． Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｍｏｌｄｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ ｆｏｒ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒ ｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｌａｍ ｉｎａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ ｍｅｄｉｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｉｎｇ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｌａｍ ｉｎａｔｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｄｅ－ ｓｉｇｎ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅｓ．
复合材料学(第十章 混杂纤维复合材料)
• 航天器上要求尺寸稳定的构件，如摄影机支架，太阳能帆板架， 卫星接收发射天线等。由于在-160～+100℃之间工作，可采用 CF+GF、KF+GF配合，制成零膨胀系数的混杂复合材料。
• 选用教材：王荣国、武卫莉、谷万里，复合 材料概论，哈尔滨工业大学出版社
d．层内／层间混杂复合材料——AB型 由A型和B型两种结构 形式迭加而成。
e．超混杂复合材料——D型 由金属材料、各种单一复合 材料(包括蜂窝夹芯、泡沫塑料夹芯等)所组成的复合材料。
3 混杂纤维复合材料的特性
• a．冲击强度和断裂韧性显著提高
b．相对于高级单纤维复合材料 混杂纤维增强 复合材料的成本明显降低
• 7、陈华辉，邓海金，李明，林小松，现代 复合材料，中国物资出版社
ห้องสมุดไป่ตู้
c. 提高疲劳强度 d. 改善刚度性能
避免热应力影 响
e. 特殊的热膨胀性能
预定热膨胀系数
零膨胀系数
高精度设备
4 混杂纤维复合材料的应用
• 飞机机翼、直升机旋翼，可选价廉的GF制作整体，用CF或KF补强 翼尖、翼缘。
• 快艇船壳用GF，边缘用KF提高刚度。
• 大型板壳体，内用GF外包CF制成夹层。
复合材料学
专 业：无机非金属材料 教 师：
第十章 混杂纤维复合材料
§10.1 混杂纤维增强复合材料的结构形式 §10.2 混杂纤维增强复合材料的特性 §10.3 混杂纤维增强复合材料的应用
1 定义
• 混杂纤维复合材料是指两种或两种以上纤 维混杂增强一种基体构成的复合材料
重要意义：
①节约成本，通过采用便宜的玻璃纤维取代昂贵的碳纤 维来降低成本； ②通过对所用纤维及其体积含量的优化选择，从而达到 较宽范围的物理和机械性能 ③可以得到独特的单项或组合的性质，这是只用单一类 型纤维所不易得到的。
纳微米混杂增强铝基复合材料及其应用
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｓ ａ ｐ ｏ ｗ＇ ｅ ｒ ｆ ｕ ｌ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｉ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ， ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｆ ｉ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ
ａ ｎ ｆ ｉ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ Ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ
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（ 责任编辑 、 校对
苗 静）
纳 微 米 混杂 增 强 铝 基 复 合材 料 及 其 应 用
西 安工业大 学和西安康博新材料科技 有限公 司共 同研制 的纳微 米粒子混杂增 强铝基 复
合 材 料 专有技 术及金属 型整体铸 造 高功 率增压柴 油机 活塞全套技 术 ， 可用于制造 汽车 柴油
履 带板 轻型装 甲板 以及 高稳 定性光 电仪 器和精 密仪 器仪表 零部件制 造上 ， 也 可在船舶 ， 航
、
空和 电 子 器件 上 应 用． 目前 ， 运 用 该材 料 生产 的 军 用 高功 率 增 压 柴 油 机 活 塞 已通 过 了发 动机
纳米混杂Kevlar／Surlyn复合材料的制备与防刺性能研究
Ｃ ｎｏｅｉ 防Ｐａｔ 究 ｈｅ备ｅＥｍ ｉｒ ｃ研ｅ ｎ装Ｐｔｑｎ ａ ｌ ｉ ｐ 护ｏｒ术ｕｔ ｓ技 ｖ
通过 对复合 材 料基 片力 学性 能 ．以及靶 样 动态 穿刺性 能 的测试 ，发现 采用 喷涂 工艺 制备 的纳 米混 杂复合 材料 的综合 性能好
３３ 纳米 ＳＯ， ． ｉ 含量 的影 响
的 温 度 和 压 力 下 热 压 成 型 ． 自然 冷 却 后 脱 模 即得 根 据公 安部 Ｇ ８ ２ ０ Ａ ６ — ０ ８防刺服 标准 进行 Ｅ。实验 ６ ］ Ｋ ｖａ Ｓ ｒ ｎ复 合材 料 ｅ ｌ ／ｕｌ ｒ ｙ 设 备 采 用 承 德 市 世 鹏 检 测 设 备 有 限 公 司 生 产 的
喷涂 后 的织物 采用相 同烘干工 艺烘 干备 用 ２３ 纳 米混 杂 Ｋ ｖａ／ ｕｌｎ复 合材料 的 制备 ． ｅ ｌｒ ｒ Ｓ ｙ
如图 ２所 示 。上夹 头夹 持 舌头 ．下 夹头 夹持 与舌 头
轧 制工 艺 ：利 用 自制轧 制机 对 浸 泡有 纳 米 ＳＯ 平 行 的 两 边 ｉ：
响 规 律
单 束 拔脱 力 测试 ：纤 维 的抽拔 破坏 是穿 刺 破坏
时一 种 重要 纤维 破 坏形 式 【 目前 并 没有 检 测 单束 ４ ］
２实 镯 ｜ 滁
２１ 原 材 料 ．
｜ ｌ０ ：ｌ ｌ
＿ 拔 脱力 的标准 ．参 考对 于 防 弹层 的单束 拔脱 力 测量
物 放 入烘 干 箱 内 进行 烘 干 ．烘 干 温 度 为 １ ５Ｃ ０ ｃ 。烘 试 样 大 小 为 １ ０ ｘ ０ ｍ．舌 宽 １ ｒ ｌ ０ ｍｍ ３ ｍ ０ ｍ．试 样 尺寸 ａ
干８ ｈ后 ，取 出放 入干燥 器 中保存 备用
溶 液 的 Ｋ ｖ ｒ 物 进 行 轧 制 ，使 纳米 ＳＯ 粒 子 在 ｅｌ 织 ａ ｉ。 外 力作用 下 与 Ｋ ｖ ｒ 物 复合 将 轧制 后 的织 物采 ｅｌ 织 ａ 用相 同烘 干工 艺烘 干备 用 喷涂 工艺 ：利 用喷 枪将 纳米 ＳＯ 悬 浮 液喷涂 在 ｉ， Ｋ ｖａ 物 的表 面 喷 涂 过 程 压 力 均 匀 ．液 雾 稳 ｅｌ ｒ织 定 ，纳 米 ＳＯ 均 匀 的 喷涂 在 Ｋ ｖａ 织 物 表 面 。将 ｉ ｅｌｒ
111碳纤维和玻璃纤维混杂增强生物基PA56复合材料制备及性能
摘要通过双螺杆挤出机连续进纤的方式制备出碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)混杂增强生物基PA56复合材料(生物基PA56/CF/GF)，研究分析CF与GF不同混杂比对其结构和性能的影响。
研究结果表明，所制备的复合材料密度均低于1.5g/cm3，CF与GF纤维在复合体系中与生物基PA56充分黏结在一起；不同混杂比纤维的加入，复合材料的力学性能与纯PA56相比显著提高，当CF与GF体积分数为2∶1混杂时，复合材料的力学性能最佳，拉伸强度为182.2MPa，是纯生物基PA56的1.48倍；弯曲强度为252.2MPa，弯曲弹性模量达到13052MPa，是纯生物基PA56的1.78倍和3.58倍；缺口冲击强度可以达到9.3kJ/m2，是纯生物基PA56的2.1倍；复合材料的热分解温度略有升高。
该复合材料密度低、力学性能优良、热性能稳定，完全符合以塑代钢的绿色理念。
综合分析，该复合材料有着较高的附加值，可以应用在风力发电叶片等领域。
聚酰胺(PA)是主链上含有许多重复的酰胺基，用作塑料时称尼龙。
其广泛地应用在汽车工业、电气工业、机械、航空、消费品和机械零件方面。
目前，加强环境保护已成为一种不可或缺的发展趋势，生物基材料的聚合单体是通过天然植物，利用微生物、物理和化学方法制得。
PA56是我国自主研发、量产的一款新型生物基尼龙，其中PA56中的戊二胺单体是使用可再生资源的小麦、玉米和其他原料通过微生物方法制备而成，一方面可以缓解石油资源的压力，另一方面可以大大减少固体废物，达到降低碳排放目的，符合节能减排和低碳环保的时代要求。
PA56密度一般为1.14~1.16 g/cm3 ，熔点为254~269 ℃。
PA56属于奇偶碳原子排列，分子链是非中心对称，PA56的吸水率高于PA6 和PA66，吸水饱和率可高达14% ，同时PA56结晶能力较差，韧性较差。
因此，PA56作为生物基材料中常见的一种聚合物，需要通过改性后让其实现高性能化，使PA56这一品种更加具有极强的生命力。
复合材料(百度百科)
复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
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。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
橡塑复合材料复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
[编辑本段]分类复合材料是一种混合物。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为：①纤维复合材料。
将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。
如纤维增强塑料、纤维增强金属等。
②夹层复合材料。
由性质不同的表面材料和芯材组合而成。
通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。
分为实心夹层和蜂窝夹层两种。
③细粒复合材料。
将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。
④混杂复合材料。
由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。
与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。
分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。
60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。
CF_GF_CF_KF混杂纤维复合材料混杂效应实验与分析_张大兴
第 3期
张大兴、张佐光: CF / G F 、CF/ KF 混杂纤维复合 材料混杂效应实验与分析
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图 1 分散度示意图
3. 1 混杂纤维复合材料的分散度系数 混杂比和分散度是描述混杂纤维复合材
料两个重要的结构参数。混杂比可用混杂纤 维复合材料中碳纤维相对体积分数来表示。 而分散度一般仅能定性地把混杂材料划分为
能够阻挡和抑制裂纹的瞬时扩大。芳纶纤维
的ûR p/ R iû大于玻纤, 特别是芳纶织物更大, 这表明芳纶纤维对裂纹扩展的抑制作用与在
弹性形变中的作用相对高于玻纤。
3. 5 混杂效应的应用
用碳纤维和 Kevlar 纤维中任 意两种纤 维进行夹芯和层间铺层[ 5] , 制造出不同的混
杂板, 进行拉伸试验, 对其拉伸力学特性进行
0. 0895
16
( C2G4) s
0. 0965
12
( C 3G3) s
0. 108
混杂界面数
2 2 2
8
( CG ) 3s
0. 548
10
层间
14
( GCG2CG) s
0. 342
8
18
( C 2GCG C) s
0. 485
8
¹ 表中 C、G 分别表示碳纤层、玻纤层、S 表示对称铺层
3. 2 混杂效应的估算
新 型 碳 材 料
降趋势, 表明 Rh 是混杂材料中碳纤维相对含 量及分散度系数等因素的函数。由实验数据
分析, 得出如下经验公式。
Rh = K 2 ·U·( 1- M )
( 3)
式中: K——混杂结构参数, 对层间混杂
K= 1, 对夹芯混杂 K= 2
混杂复合材料
混杂复合材料混杂复合材料是一种由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优异的综合性能和多种功能。
混杂复合材料的制备过程中，通常会将不同的材料按照一定的比例和方式混合在一起，通过加工工艺制备成最终的复合材料，以发挥各种材料的优点，弥补各种材料的缺点，从而达到提高材料性能和开发新功能的目的。
混杂复合材料具有许多优异的性能，首先是其优异的力学性能。
由于混杂复合材料中不同材料的相互作用和结合，使得其具有更高的强度和刚度，能够承受更大的载荷和变形，具有良好的抗冲击性和抗疲劳性能。
其次是其优异的耐腐蚀性能。
混杂复合材料中通常会包含有耐腐蚀性能较好的材料，使得整体材料具有更好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期稳定使用。
此外，混杂复合材料还具有良好的导热性能、电磁性能、隔热性能等，可以满足不同领域和应用对材料性能的需求。
混杂复合材料的制备方法多种多样，常见的包括层叠法、注塑法、挤压法、浸渍法等。
层叠法是将不同材料按照一定的顺序和层次叠放在一起，通过压制或加热使其相互结合，形成复合材料。
注塑法是将不同材料的颗粒或纤维混合后注入模具中，通过高温和高压使其熔融并结合成型。
挤压法是将不同材料混合后通过挤出机挤压成型，形成复合材料。
浸渍法是将一种材料浸渍在另一种材料的溶液中，使其浸透并结合在一起，形成复合材料。
混杂复合材料在航空航天、汽车制造、建筑工程、电子电气、医疗器械等领域有着广泛的应用。
例如，在航空航天领域，混杂复合材料可以用于制造飞机机身、发动机零部件、航天器结构等，以减轻重量、提高强度和耐久性。
在汽车制造领域，混杂复合材料可以用于制造车身、底盘、发动机零部件等，以提高安全性和节能性能。
在建筑工程领域，混杂复合材料可以用于制造新型建筑材料、加固材料、防护材料等，以提高建筑物的抗震性能和耐久性。
在电子电气领域，混杂复合材料可以用于制造电路板、电子元件、电磁屏蔽材料等，以提高电子产品的性能和稳定性。
在医疗器械领域，混杂复合材料可以用于制造人工骨骼、人工关节、医疗器械外壳等，以提高医疗器械的生物相容性和耐用性。
SiC泡沫陶瓷／SiCp／Al混杂复合材料的导热性能
Ｊａ ｔ ｎ ｎｖ ｒ ｉ ｉｏ ｏ ｇ Ｕ ｉｅｓｔ ｙ，Ｎａ ｃ ａ ｇ ３ ０ １ ｎ ｈ ｎ ３ ０ ３，Ｃｈ ｎ ； ｉｎ ｘ ｙ Ｌａ ｏ ａｏ ｙｏ ｉａ ２ Ｊａ ｇ ｉ Ｋｅ ｂ ｒｔ ｒ ｆ Ｍ ａｅ ｉｌ ｕ ｆ ｃ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｉｎ ｘ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｌ ｎｖ ｒ ｉｙ ｔ ｒａ ｒａ ｅＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｊａ ｇ ｉ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ ｍａ ｉｅ ｓｔ ，Ｎａ ｃ ａ ｇ Ｓ Ｓ Ｕ ｎｈｎ
ｓ ｕ ｅ ｅ ｃ ｓｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ．Ｔｈ ｈ ｒ ｌｃ ｎ ｕ ｔｖｔ ｆＳｉ ｏ ｍ／ ｉ ／ ｙ ｒ ｏ ｏ ｉ ｓｏ ｈ ｑ ｅ ｚ ａ ｔｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｅｔ ｅ ｍａ ｏ ｄ ｃｉｉｙ ｏ Ｃ ｆ ａ Ｓ Ｃ。 Ａｌｈ ｂ ｉ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｔ ｅ ｄ ｅ ｒ ｏ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｈｇ ｅ ｈ ｎ １ ０ ｗ ／ ｍ ・℃ ）ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｐ ｃａ ｏ ｂ ｅ ｉｔ ｒ ｅ ｅ ｒｔｎ ｏ ｍ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｗａ ｉｈ ｒ ｔ ａ ３ （ ｅ ａ ｓ ｆ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉｌ ｕ ｌ ｎ ｅ ｐ ｎ ｔａ ｉｇ ｄ
ｌ 实 验 方 法
实 验用 ＳＣ泡沫 陶瓷 骨 架 （ 图 １ 采 用 反应 烧 结 ｉ 见 ）
强体 对 基体 的严 格 约束 作 用 ， 该 类 复 合 材 料 具 有 比 使 是 ， ＳＣ泡 沫增 强体 具 有 良好 的开 孑 连 通 性 时 ， ｉ 当 ｉ Ｌ ＳＣ 的体积 分数 不能 满 足 电子 封 装 的 要求 。 因此 ， 泡 沫 在 孑 内添加 ＳＣ 可 以提 高 复 合 材 料 中 ＳＣ 总 的 体 积 分 Ｌ ｉ。 ｉ
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复合材料的分类
复合材料的分类复合材料是指由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料。
根据复合材料中不同材料的性质和构成方式的不同，可以将复合材料分为以下几类。
1.增强复合材料增强复合材料是指由增强体和基体组成的复合材料。
增强体可以是纤维、颗粒或片材等，常见的有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
增强体的作用是增加复合材料的强度和刚度，而基体则起到固定和保护增强体的作用。
2.层合复合材料层合复合材料是由不同的层片材料按一定的规则和顺序堆叠而成的复合材料。
每一层片材料可以是金属材料、陶瓷材料或者是有机高分子材料等。
层合复合材料具有优异的各向异性和层间的结合强度，广泛用于航空航天、汽车、船舶等领域。
3.颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料是指在基体材料中添加颗粒状的增强材料的复合材料。
颗粒增强材料可以是金属、陶瓷、塑料等。
颗粒增强复合材料具有较好的抗冲击性能和耐磨损性能，常用于制造耐磨零件、摩擦材料等。
4.蜂窝复合材料蜂窝复合材料是由蜂窝结构填充材料和面板材料组成的复合材料。
蜂窝复合材料具有轻质高强度的特点，同时具有较好的吸声和隔热性能，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
5.混杂复合材料混杂复合材料是指将两种或两种以上的复合材料相互结合而成的新材料。
混杂复合材料可以兼具不同类别复合材料的优点，例如结合纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料，可以使材料既具备高强度和刚度，又具有较好的抗冲击性能。
以上是目前常见的复合材料的几种分类，每种分类的复合材料在不同领域具有不同的应用价值和优点。
随着技术的不断进步和研究的不断深入，复合材料在各个领域的应用将会越来越广泛。
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知识点二：混杂复合材料在船舶工业中的应用
船舶工业一直是复合材料应用最多的领域之一,早在40年代,国 外就开始用聚酯玻璃钢造船,目前在小型.低速船艇(包括渔船、 游艇、内河气垫船,救生艇等)中,玻璃钢的使用十分普遍。 但现代船舶朝大型化、高速化方向发展,除了要求结构材料具有 一定的强度,.刚度外,还应该同时具备优良的抗冲击韧性、减振 性、抗压能力以及质量轻以节省能耗等特点。 混杂复合材料优良的综合性能和设计自由度。被认为是现代船 艇最有希望的材料。其中尤以CF-GF混杂，CFKF 混杂复合材料 在高速加感(包括赛艇)和大型豪华游艇等方面取得较快的进展。
A B C A B
5
D
A型——层内混杂复合材料
由两种纤维按一定的混杂比均匀的分散在同一基 体中而构成的复合材料。 由两种不同的单纤维复合材料层以不同的比例及 方式交替的铺迭在一起所构成的复合材料。 通常是由一种普通纤维增强复合材料作为芯层， 另一种高性能纤维增强复合材料作为表层所构成 的复合材料
10
混杂纤维复合材料承受各种形式载荷会引起各种破 坏过程，破坏的形式多种多样，有基体开裂、界面 脱胶、纤维断裂、拔出等。这些形态可能分别发生、 也可能几个同时发生。
由于混杂纤维复合材料存在两种以上纤维，增加了 界面类型、界面数、各种纤维的力学性能差异以及 相互协调制约等，使引起的“混杂效应” 十分复杂。
B型——层间混杂复合材料
C型——夹芯结构
AB型——层内/层间混杂复合材料
由A型和B型两种结构形式迭加而成。
D型——超混杂复合材料
由金属材料，各种单一复合材料（包括蜂窝夹芯， 泡沫塑料夹芯等）所组成的复合材料。
几种混杂纤维增强复合材料示意图
8
混杂复合材料的混杂方式大体可分为6种类型
3.强度和模量：航空,航天产品在力学性能方面的 要求也是非常严格的,除了要求较高的抗拉强度和 模量外,同时还应具备较高的压缩强度,弯曲强度, 剪切强度以及良好的冲击特性。 混杂复合材料用于飞机结构具有如下特点: ① 疲劳性能好,混杂复合材料构件(如族翼)的疲劳 寿命大大然性的脆断事故; ② 抗腐蚀,耐冲击,并且能够减少飞机飞行时的振 动; ③ 大幅度减少维修的工作量； 混杂类型 2.单向预浸料角铺层混杂类型 3.不同类型纤维混杂织物的混杂类型
4.超级混杂复合材料类型
5.三向编织混杂类型 6.混杂复合夹层结构类型
9
混杂纤维复合材料由于采用两种纤维混杂，复合材 料的性能出现综合效果。
混杂效应是指混杂纤维复合材料所特有的一种现象， 不仅与材料的组分结构、性能有关，而且还与混杂 的结构类型、受力形式、界面状况，以及对能量的 不同响应等有关，应正确理解与应用混杂效应。
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二、混杂纤维增强复合材料的特性
特殊的热膨胀性能诸如石墨,芳纶等高级增强纤维,沿纤维 轴向具有负的热膨胀系数,用这些纤维和具有正的热膨胀 系数的纤维混杂可以获得预定的热膨胀系数 ,甚至零膨胀 系数的复合材料, 这在实际应用中具有特殊的意义：如前者的热膨胀系数 相同的材料构成结构件时,可以避免热应力的不利影响 ,后 者可在计董仪番及通优卫星等领域发挥重要作用。由于 混杂复合材料具有异种材科性能的兼容性,而且可具有上 述一种或数种优异特性。
知识点三：混杂复合材料在汽车工业中的应用
复合材料(包括混杂复合材料)在汽车工业中的应 用非常广泛，包括汽车的车身、驱动轴、弹簧、 引擎、保险杠、操纵杆、方向盘、客舱隔板、 底盘、结构梁、发动机罩、散热器罩。车门等 上百个部件。 其用量也在迅速增长,以美国为例,用在汽车上的 复合材料 1983年为6万t，1984年为7.9万t， 1989年增至29.2万t。其主要原因有两个方面:
3
一、混杂纤维增强复合材料的结构形式
知识点一：影响混杂纤维复合材料性能的因素,除了 包括一般复合材料性能的影响因素之处,还与所用混 杂纤维的类型混杂比、混杂方式等有关,其中增强纤 维的混杂方式(亦称混杂复合材料的结构形式,即内种 纤维在混杂复合材料中的分布状况)具有重要意义。
4
知识点二：混杂纤维复合材料结构形式分类
知识点四：混杂复合材料在建筑设施中的应用
混杂复合材料作为建筑结构材料,有一个显著的特点 是其预成型性和大型轻量化。即可工厂按设计要求, 大批量的生产各种预制构件,运输到现场进行装配和 施工,非常适合现代建筑技术的发展和要求。
对于体育用品与器材的要求：既要较高的刚度，又 要良好的抗冲击韧性;既要求高的静态强度，还要良 好的动态性能，正是这些要求使得混杂复合材料有 良好的前景。 其应用有：自行车车架、标枪、滑雪板等
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影响混 杂效应 的因素
制造工 艺的热 收缩
基体的 影响
混杂结 构因素 的影响
界面状 态的影 响
12
性（ 能 的） 兼混 容杂 性复 。合 材 料 最 大 的 特 点 是 多 种 材 料
相高和和构与充（ 反性成性件材分 性能型质设料发） 能价工的计设挥事 的格艺增自计混实 复比，强由的杂上 合的可纤度统纤， 材复获维大一维针 料合得，的性增对 。材更通特，强不 料好过点以复同 ，的合，及合的 甚综理采混材应 至合的用杂料用 包性材不复结条 括能料同合构件 兼及设类材设和 有更计型料计要 求 ，
混杂复合材料在医疗卫生领域中的应用：作为人体 体内置换材料、作为人体人体外部的支撑材料、作 为医疗设备材料。
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一是材料的综合性能好,尤其是混杂复合材料,具有较高的 比强度和比刚度,良好的耐腐蚀性与耐候性，尺寸稳定性 与整体结构化以及耐磨,减振.隔音等多项特点,非常适合在 汽车上使用。 二是应用效果良好,大大地减轻了整车质量，从而使汽车 在节约能源、提高速度、降低成本等方面取得了显著地经 济效益。其应用实例有：驱动轴、弹簧、车身壳体、引擎 等
第四章 复合材料论 第6节混杂复合材料
第二小组 学号：16461009 姓名：徐浩 2018年10月15日
本章主要内容
一、混杂纤维增强复合材料的结构形式 二、混杂纤维增强复合材料的特性 三、混杂纤维增强复合材料的应用
混杂复合材料的含义
广义上，混杂复合材料包括混杂纤维增强复
合材料和混合基体复合材料，前者一般是由 两种或两种以上的纤维混杂增强一种基体所 构成。
三、混杂纤维增强复合材料的应用
知识点一 ：混杂复合材料在航空、航天工业中的应用
1.质量问题：对于航空、航天产品的结构设计首 先要考虑的就是质量问题，即材料在满足高性能 要求的前提下，其质量越轻越好，其性能越好， 且能耗低，而混杂复合材料具有高的比强度、比 模量，因而是航天、航空工业的理想材料。 2.温度要求：飞行器对材料的温度要求,一是耐 高温,二是热稳定性。在较高的温度变化速率条 件下,要求在工作温度范围内,材料具有良好的热 稳定性,因此,需要选择热膨胀系数近似为零的复 合材料。
2.
2
1
混 杂 料纤 的维 特增 性强 复 合 材
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（3）混杂纤维强度复合材料的特性具体包括以下 几个方面： a.冲击强度和断裂韧性显著提高 b.相对于高级单纤维复合材料，混杂纤维增强 复合材料的成本明显降低 c.提高疲劳强度 d.改善刚度性能 e.特殊的热膨胀性能 ﹡由于混杂复合材料具有多种材料性能的兼容性， 而且可具有上述一种或多种优异特性，因此，必 将不断扩大和完善复合材料的应用领域。