第十一章复合材料
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6、良好的功能性能
ห้องสมุดไป่ตู้第十一章复合材料
应用 聚 合 物 基 复 合 材 料 （ Polymer Matrix
Composites，简称PMC） 在结构复合材料中发展最早、研究最多、应 用最广和用量最大。 包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、 碳化硅纤维等增强复合材料
第十一章复合材料
玻璃钢（玻璃纤维增强塑料，GFRP)
加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度 和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变 复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀 系数。
第十一章复合材料
4、良好的化学稳定性：
聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。
5、良好的抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性：
陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善
复合材料使A380减重15吨
(1) 机翼
(2) 垂直尾翼和水平尾翼 (3) 地板梁和后承压框
(4) 固定机翼前缘
(5) 机翼后缘处的襟翼,副翼
法国 “空中客车” 公司生产的 A380双层四引擎大型客机，最 大可载客量550人
(6) 机身蒙皮壁板
第十一章复合材料
复合材料在化工领域中的应用
第十一章复合材料
第十一章复合材料
2、按性能分类 ： 普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通
聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。 先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝 SiC
纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨） 等复合材料。
第十一章复合材料
3、按基体材料分类： 聚合物复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳碳复合材料 水泥基复合材料
(1)由两种或多种不同性能的组分通过宏观或 微观复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显 的界面。
(2)各组分保持各自固有特性的同时可最大限 度地挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备 的优良特殊性能。
(3)复合材料具有可设计性。
第十一章复合材料
3、复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成： 基体：构成复合材料的连续相；
第十二章 复合材料
第十一章复合材料
§12.1 概述
金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐高温 耐磨和耐蚀性差
陶瓷材料：强度高、熔点高、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差
聚合物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限
第十一章复合材料
引言：无处不在的复合材料
土房---草增强泥基复合材料
钢筋混凝土建筑框架
第十一章复合材料
复合材料在航天领域中的应用
国家技术发明一等奖（2004年）
“高性能炭/炭航空制动材料的制备技术”
黄伯云研制的飞机刹车片
第十一章复合材料
复合材料在航空领域的应用 国家技术发明一等奖（2004年）
“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料”
攻克航天飞机隔热瓦技术难关
第十一章复合材料
复合材料在航空领域的应用
第十一章复合材料
复合材料在撑杆上的应用
Pole-vaulting
轻质、高强、高弹性、较低成本、 低密度及屈服强度
Longitudinal carbon fibers/epoxy
Glass fiber web/epoxy
Glass fiber rings
第十一章复合材料
复合材料特别是先进复合材料就是为了满 足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先 进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出 来的具有极大生命力的材料。
第十一章复合材料
2、良好的高温性能：
目前： 聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 C； 金属基复合材料按不同的基体性能， 其使用温度在350 1100 C范围内变动； 陶瓷基复合材料的使用温度可达1400C； 碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800C。
第十一章复合材料
3、良好的尺寸稳定性：
第十一章复合材料
12.1 复合材料概述
1、复合材料的定义：
ISO定义为是：两种或两种以上物理和化学性质 不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料应满足下面三个条件： （1）组元含量大于 5 %； （2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能； （3）通过各种方法混合而成。
第十一章复合材料
2、复合材料的特点：
第十一章复合材料
4、按用途分类 结构复合材料 功能复合材料 结构 / 功能一体化复合材料
5、按增强剂分类 颗粒增强复合材料 晶须增强复合材料 短纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料 混杂纤维增强复合材料
第十一章复合材料
复合材料的基本性能（优点）：
1、高比强度、高比模量（刚度）：
比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。
目前：四类共存、树脂基复合材料5代共用。
第一代：“玻璃钢”，玻璃纤维增强； 第二代：碳纤维增强； 第三代：金属基、陶瓷基和C/C基复合材料； 第四代：聚乙烯纤维增强（美国、荷兰、日本） 第五代：PBO（聚苯并双恶唑）纤维
第十一章复合材料
12.2 复合材料的组成、分类、性能和应用
1、组成 ➢基体 ➢增强体
复合材料在日常生活中的应用
第十一章复合材料
复合材料在体育用品中的应用
第十一章复合材料
复合材料在网球拍上的应用
球拍颈部融合 智能压电纤维
第十一章复合材料
复合材料在滑雪板上的应用
滑雪板在雪上滑行时，雪会产生轻微溶化，因水 的“粘性”增加摩擦力。采用疏水性强的复合材料 制成的滑雪板，可提高滑行性能。理想的材料是 超高分子聚乙烯。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态 分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会 使材料的性能显著改善和增强。
增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大， 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
第十一章复合材料
先进复合材料：树脂基复合材料、C/C复合材料 陶瓷和金属基复合材料和纳米复合材料。
引言：无处不在的复合材料
土房---草增强泥基复合材料
钢筋混凝土建筑框架
玻璃钢撑杆
复合材料在航天领域中的应用
“哥伦比亚号” 航天飞机
主货舱门---碳纤维/环氧树脂
压力容器---凯芙拉纤维/环氧树脂 主机隔框和翼梁---
硼/铝复合材料
发动机的喷管---碳/碳复合材料
发动机组传力架--钛基复合材料
机身防热瓦---陶瓷基复合材料
ห้องสมุดไป่ตู้第十一章复合材料
应用 聚 合 物 基 复 合 材 料 （ Polymer Matrix
Composites，简称PMC） 在结构复合材料中发展最早、研究最多、应 用最广和用量最大。 包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、 碳化硅纤维等增强复合材料
第十一章复合材料
玻璃钢（玻璃纤维增强塑料，GFRP)
加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度 和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变 复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀 系数。
第十一章复合材料
4、良好的化学稳定性：
聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。
5、良好的抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性：
陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善
复合材料使A380减重15吨
(1) 机翼
(2) 垂直尾翼和水平尾翼 (3) 地板梁和后承压框
(4) 固定机翼前缘
(5) 机翼后缘处的襟翼,副翼
法国 “空中客车” 公司生产的 A380双层四引擎大型客机，最 大可载客量550人
(6) 机身蒙皮壁板
第十一章复合材料
复合材料在化工领域中的应用
第十一章复合材料
第十一章复合材料
2、按性能分类 ： 普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通
聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。 先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝 SiC
纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨） 等复合材料。
第十一章复合材料
3、按基体材料分类： 聚合物复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳碳复合材料 水泥基复合材料
(1)由两种或多种不同性能的组分通过宏观或 微观复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显 的界面。
(2)各组分保持各自固有特性的同时可最大限 度地挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备 的优良特殊性能。
(3)复合材料具有可设计性。
第十一章复合材料
3、复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成： 基体：构成复合材料的连续相；
第十二章 复合材料
第十一章复合材料
§12.1 概述
金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐高温 耐磨和耐蚀性差
陶瓷材料：强度高、熔点高、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差
聚合物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限
第十一章复合材料
引言：无处不在的复合材料
土房---草增强泥基复合材料
钢筋混凝土建筑框架
第十一章复合材料
复合材料在航天领域中的应用
国家技术发明一等奖（2004年）
“高性能炭/炭航空制动材料的制备技术”
黄伯云研制的飞机刹车片
第十一章复合材料
复合材料在航空领域的应用 国家技术发明一等奖（2004年）
“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料”
攻克航天飞机隔热瓦技术难关
第十一章复合材料
复合材料在航空领域的应用
第十一章复合材料
复合材料在撑杆上的应用
Pole-vaulting
轻质、高强、高弹性、较低成本、 低密度及屈服强度
Longitudinal carbon fibers/epoxy
Glass fiber web/epoxy
Glass fiber rings
第十一章复合材料
复合材料特别是先进复合材料就是为了满 足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先 进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出 来的具有极大生命力的材料。
第十一章复合材料
2、良好的高温性能：
目前： 聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 C； 金属基复合材料按不同的基体性能， 其使用温度在350 1100 C范围内变动； 陶瓷基复合材料的使用温度可达1400C； 碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800C。
第十一章复合材料
3、良好的尺寸稳定性：
第十一章复合材料
12.1 复合材料概述
1、复合材料的定义：
ISO定义为是：两种或两种以上物理和化学性质 不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料应满足下面三个条件： （1）组元含量大于 5 %； （2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能； （3）通过各种方法混合而成。
第十一章复合材料
2、复合材料的特点：
第十一章复合材料
4、按用途分类 结构复合材料 功能复合材料 结构 / 功能一体化复合材料
5、按增强剂分类 颗粒增强复合材料 晶须增强复合材料 短纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料 混杂纤维增强复合材料
第十一章复合材料
复合材料的基本性能（优点）：
1、高比强度、高比模量（刚度）：
比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。
目前：四类共存、树脂基复合材料5代共用。
第一代：“玻璃钢”，玻璃纤维增强； 第二代：碳纤维增强； 第三代：金属基、陶瓷基和C/C基复合材料； 第四代：聚乙烯纤维增强（美国、荷兰、日本） 第五代：PBO（聚苯并双恶唑）纤维
第十一章复合材料
12.2 复合材料的组成、分类、性能和应用
1、组成 ➢基体 ➢增强体
复合材料在日常生活中的应用
第十一章复合材料
复合材料在体育用品中的应用
第十一章复合材料
复合材料在网球拍上的应用
球拍颈部融合 智能压电纤维
第十一章复合材料
复合材料在滑雪板上的应用
滑雪板在雪上滑行时，雪会产生轻微溶化，因水 的“粘性”增加摩擦力。采用疏水性强的复合材料 制成的滑雪板，可提高滑行性能。理想的材料是 超高分子聚乙烯。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态 分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会 使材料的性能显著改善和增强。
增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大， 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
第十一章复合材料
先进复合材料：树脂基复合材料、C/C复合材料 陶瓷和金属基复合材料和纳米复合材料。
引言：无处不在的复合材料
土房---草增强泥基复合材料
钢筋混凝土建筑框架
玻璃钢撑杆
复合材料在航天领域中的应用
“哥伦比亚号” 航天飞机
主货舱门---碳纤维/环氧树脂
压力容器---凯芙拉纤维/环氧树脂 主机隔框和翼梁---
硼/铝复合材料
发动机的喷管---碳/碳复合材料
发动机组传力架--钛基复合材料
机身防热瓦---陶瓷基复合材料