高性能纤维复合材料

9月11日作业：

1、说明复合材料的发展历史

复合材料的历史一般可分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。早期复合材料的历史较长，很多实例散见于现存的历史遗迹中，并且多少可以从中发现现代复合材料的思想萌芽，最具有代表性的例子是中国古代发明的漆器。现代复合材料只有60多年的历史，它的主要特征是基体采用合成材料。1940年，世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制造了军用飞机雷达罩。1942年，用手糊工艺制造第一艘玻璃钢渔船。

至20世纪60～70年代，玻璃纤维增强塑料制品已经广泛运用于航空、机械、化学、体育和建筑工业中。20世纪50～60年代相继开发了硼纤维、碳纤维和芳纶纤维。20世纪70年代，开发了耐热性更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须，使现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，被称为第三代现代复合材料。近年来开发了宏观—微观复合为一体的各种新型复合材料，例如20世纪80年代后期出现了功能梯度复合材料，也被称为最先进复合材料。

2、请简要介绍复合材料的应用

（1）在建筑上的应用

复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。

（2）在陆上交通的运用

主要应用于汽车行业。目前尚处于汽车部件的替代阶段，包括内装饰件、外装饰件和机能结构件。

（3）在船舶和近海工程上的应用

船舶和近海工程上也主要采用玻璃纤维增强塑料，据统计每年要消耗30万吨以上，占世界复合材料总用量的10%以上。

（4）在防腐工程上的应用

玻璃纤维增强塑料良好的防腐性能使之在防腐工程上得到最广泛的应用，消费量也占到复合材料总用量的10%以上。化学工业生产中，从原材料、生产过程中的各类物资，直至最后的成品，往往都具有不同程度的，甚至很强的腐蚀性，因此防腐设备的用量最大，包括各类贮罐、塔器、管道、槽车等。除化工防腐外，油田的输油管、污水管、环保设备中大都采用玻璃纤维增强塑料。

（5）在电气/电子工业上的应用

在电气/电子工业上的应用主要是利用玻璃纤维增强塑料的良好电绝缘性能和良好的绝热性能，用于电力工业的输配电设备、各类绝缘构架和操作器械。

（6）在航空航天和国防军工上的应用

复合材料的高比刚度和比强度，使它成为航空航天中非常理想的材料，因为减重在这里将带来非常大的效益，也因此碳纤维复合材料成为主要的选择。兼要其他功能时也采用其他纤维或混杂纤维。

3、复合材料具有的优点和缺点有哪些？

优点：

（1）高比强度、高比模量

（2）良好的高温性能

（3）良好的尺寸稳定性

（4）良好的化学稳定性

（5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性

（6）良好的功能性能

（7）材料性能可以设计

（8）破损安全性能好

（9）减振性能好

（10）材料与结构的同一性

（11）复合效应

缺点：

（1）大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，所以纤维增强复合材料也是脆性材料。（2）叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低，这已成为致命的弱点；层间切边模量相当低，引起了若干问题，带来不良的后果。

（3）影响复合材料性能的因素很多，其中包括纤维和基本性能的高低，孔隙、裂纹和缺陷的多少，工艺流程和操作过程是否合理，固化的温度、压力和时间的安

排是否合适，生产环境和条件是否满足要求等，这些都能引起复合材料性能较

大的变化。加上产品还缺乏完善的检测方法，因此产品的质量不易控制，材料

性能的分散性大，可靠性较差，而采用过大的安全系数，将使复合材料的优点

得不到充分利用。因此，需要十分重视产品质量问题。

（4）用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基和金属基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵，影响广泛应用。

（5）纤维增强复合材料的结构设计与金属材料的结构设计相比，由于各个方向性能的差异，困难更多些。