聚合物基复合材料1PPT课件
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3.阻尼减震性好
复合材料有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振。同时，复 合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料 的振动阻尼很高，一旦旅起来，在较短时间内也可停下来。
4.具有多种功能性
(1)瞬时耐高温性、耐烧蚀性好。玻璃钢的导热系数只有金属材料的1％，同 时可制成具有较高比热容、熔融热和气化热的材料，可用作导弹头锥的耐 烧烛防护材料。
法分离的材料。一般其中一种为连续相，另一种为功能增 强相。
▪ 几种材料通过某种方法混合在一起获得复合性能。 ▪ 复合材料的总体性能优于各单独组分材料，并在某些方面
可能具有独特性能。
4
1.1复合材料的分类
▪ 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复
合材料。
▪ 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增
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（2）纤维处于基体中，表面受到基体的保护不易损伤，也 不易在受载过程中产生裂纹，承载能力增大；
（3）当材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂， 但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。
（4）当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂 后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材 料的断裂强度提高。
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1.4 纤维增强原则 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增 强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、 纤维的体积分数、尺寸和分布。 1.增强机制
（1）纤维具有高强度，而材料的纤维状较之块状强度高，是由于 它的原子排列即晶体排列的完善程度较高，或者是在生产纤维 过程中产生的微裂纹较块状材料少和裂纹方向大致沿着纤维轴 向的缘故。
聚合物基复合材料
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总体概述
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第一章 绪 论
▪ 1.高分子改性的主要方法
共混 改性
表面Байду номын сангаас
填充
改性
高分子改性主
改性
要方法
化学 改性
复合 材料
3
复合材料定义要点
▪ 复合材料包含两种或两种以上物理上不同并可能用机械方
14
（5）纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切 相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。 均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
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纤维增强复合条件
①纤维的强度和弹性模量应远高于基体； ②纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载
强复合材料和层状复合材料。
▪
金属基复合材料
复合材非 料金属基复合 高材 聚料 物复合 橡 树 材胶 脂 料基 基复 复合 合 热 热 材 材固 塑 料 料性 性树 树脂 脂基 基复 复合 合材 材
陶瓷基复合 非 碳 材碳 及 料基 碳复 化合 物材 基料 复合材料
▪ 3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复
即材料具有可设计性。
(2)可以根据制品的形状、大小、数量选择加工成型方法。
(3)可整体成型，减少装配果件的数量，节省工时，节省材料，减 轻质量。
6.各向异性和性能的可设计性
纤维复合材料一个突出的特点是各向异性，与之相关的是性能 的可设计性。纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树 脂的种类和体积含量而定外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数密切相关。因此，可以根据工程结构的载荷分布及使用 条件的不问，选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。 利用这一特点，可以实现制件的优化设计，做到安全可靠，经 济合理。
(2)优异的电绝缘性能和高频介电性能。玻璃钢是性能优异的工频绝缘材料。 同时具有良好的高频介电性能，可用作雷达罩的高频透波材料。
(3)良好的摩擦性能。碳纤维的低摩擦系数和自润滑性，其复合材料具有良好 的摩阻特性和减摩特性。
(4)优良的耐腐蚀性。 (5)有特殊的光学、电学、磁学的特性。
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5.良好的加工工艺性 (1)可以根据制品的使用条件、性能要求选择纤维、基体等原材料，
合材料。
5
复合材料优点
▪ 结构与功能的可设计性 ▪ 复合体系具有两种或两种以上的优越性能，
称为组合复合效应
▪ 施工方便 ▪ 各向异性材料 ▪ 比重小、热阻可调、无磁干扰 ▪ 比强度高
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1.2聚合物基复合材料
（一）概念 聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，纤维类增强材 料为增强剂的复合材料。 纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基 体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固的粘结起来，同时， 基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤 维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显 示了各自的优点，并能实现最佳结构设计，具有很多优良 的特性。 是结构复合材料中发展最早、研究最多，应用最广、规模 最大的一类复合材料。
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（二）发展简况
聚合物基复合材料发展史第一阶段：20世纪40年代初~20世纪 60年代。
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
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1.3 聚合物基复合材料的特点
1.比强度和比模量高 聚合物基复合材料的突出优点是比强度及比模量高。比强度 是材料的强度与密度之比值，比模量是材料的模量与密度之 比值，其量纲均为长度。复合材料的高比强度和高比模量来 源于增强纤维的高性能和低密度。玻璃纤维由于模量相对较 低、密度较高，其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于 金属材料。
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2.耐疲劳性能好，破损安全性能高
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。复合 材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，其疲劳破坏总是 从纤维的薄弱环节开始，裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长， 破坏前有明显的预兆。玻璃纤维复合材料的比例介中。 复合材料的破坏不像传统材料由于主裂纹的失稳扩展而突然发 生，而是经历基体开裂、界而脱粘、纤维拔出、断裂等一系列 损伤的发展过程。基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生 断裂时，其失支部分载荷又会通过基体的传递面迅速分散到其 他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会冈此而丧失承载能 力。内部有缺陷、裂纹时，也不会突然发展而断裂。
3.阻尼减震性好
复合材料有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振。同时，复 合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料 的振动阻尼很高，一旦旅起来，在较短时间内也可停下来。
4.具有多种功能性
(1)瞬时耐高温性、耐烧蚀性好。玻璃钢的导热系数只有金属材料的1％，同 时可制成具有较高比热容、熔融热和气化热的材料，可用作导弹头锥的耐 烧烛防护材料。
法分离的材料。一般其中一种为连续相，另一种为功能增 强相。
▪ 几种材料通过某种方法混合在一起获得复合性能。 ▪ 复合材料的总体性能优于各单独组分材料，并在某些方面
可能具有独特性能。
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1.1复合材料的分类
▪ 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复
合材料。
▪ 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增
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（2）纤维处于基体中，表面受到基体的保护不易损伤，也 不易在受载过程中产生裂纹，承载能力增大；
（3）当材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂， 但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。
（4）当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂 后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材 料的断裂强度提高。
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1.4 纤维增强原则 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增 强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、 纤维的体积分数、尺寸和分布。 1.增强机制
（1）纤维具有高强度，而材料的纤维状较之块状强度高，是由于 它的原子排列即晶体排列的完善程度较高，或者是在生产纤维 过程中产生的微裂纹较块状材料少和裂纹方向大致沿着纤维轴 向的缘故。
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第一章 绪 论
▪ 1.高分子改性的主要方法
共混 改性
表面Байду номын сангаас
填充
改性
高分子改性主
改性
要方法
化学 改性
复合 材料
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复合材料定义要点
▪ 复合材料包含两种或两种以上物理上不同并可能用机械方
14
（5）纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切 相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。 均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
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纤维增强复合条件
①纤维的强度和弹性模量应远高于基体； ②纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载
强复合材料和层状复合材料。
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金属基复合材料
复合材非 料金属基复合 高材 聚料 物复合 橡 树 材胶 脂 料基 基复 复合 合 热 热 材 材固 塑 料 料性 性树 树脂 脂基 基复 复合 合材 材
陶瓷基复合 非 碳 材碳 及 料基 碳复 化合 物材 基料 复合材料
▪ 3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复
即材料具有可设计性。
(2)可以根据制品的形状、大小、数量选择加工成型方法。
(3)可整体成型，减少装配果件的数量，节省工时，节省材料，减 轻质量。
6.各向异性和性能的可设计性
纤维复合材料一个突出的特点是各向异性，与之相关的是性能 的可设计性。纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树 脂的种类和体积含量而定外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数密切相关。因此，可以根据工程结构的载荷分布及使用 条件的不问，选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。 利用这一特点，可以实现制件的优化设计，做到安全可靠，经 济合理。
(2)优异的电绝缘性能和高频介电性能。玻璃钢是性能优异的工频绝缘材料。 同时具有良好的高频介电性能，可用作雷达罩的高频透波材料。
(3)良好的摩擦性能。碳纤维的低摩擦系数和自润滑性，其复合材料具有良好 的摩阻特性和减摩特性。
(4)优良的耐腐蚀性。 (5)有特殊的光学、电学、磁学的特性。
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5.良好的加工工艺性 (1)可以根据制品的使用条件、性能要求选择纤维、基体等原材料，
合材料。
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复合材料优点
▪ 结构与功能的可设计性 ▪ 复合体系具有两种或两种以上的优越性能，
称为组合复合效应
▪ 施工方便 ▪ 各向异性材料 ▪ 比重小、热阻可调、无磁干扰 ▪ 比强度高
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1.2聚合物基复合材料
（一）概念 聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，纤维类增强材 料为增强剂的复合材料。 纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基 体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固的粘结起来，同时， 基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤 维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显 示了各自的优点，并能实现最佳结构设计，具有很多优良 的特性。 是结构复合材料中发展最早、研究最多，应用最广、规模 最大的一类复合材料。
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（二）发展简况
聚合物基复合材料发展史第一阶段：20世纪40年代初~20世纪 60年代。
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
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1.3 聚合物基复合材料的特点
1.比强度和比模量高 聚合物基复合材料的突出优点是比强度及比模量高。比强度 是材料的强度与密度之比值，比模量是材料的模量与密度之 比值，其量纲均为长度。复合材料的高比强度和高比模量来 源于增强纤维的高性能和低密度。玻璃纤维由于模量相对较 低、密度较高，其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于 金属材料。
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2.耐疲劳性能好，破损安全性能高
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。复合 材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，其疲劳破坏总是 从纤维的薄弱环节开始，裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长， 破坏前有明显的预兆。玻璃纤维复合材料的比例介中。 复合材料的破坏不像传统材料由于主裂纹的失稳扩展而突然发 生，而是经历基体开裂、界而脱粘、纤维拔出、断裂等一系列 损伤的发展过程。基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生 断裂时，其失支部分载荷又会通过基体的传递面迅速分散到其 他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会冈此而丧失承载能 力。内部有缺陷、裂纹时，也不会突然发展而断裂。