第8章结构复合材料
复合材料-复习材料及答案
复合材料-复习材料及答案复合材料第⼀章1、材料科技⼯作者的⼯作主要体现在哪些⽅⾯？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良特性的复合材料。
2、复合材料的定义（名词解释）复合材料是由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。
3、复合材料的分类（填空题）⑴按基体材料分类①聚合物基复合材料；②⾦属基复合材料；③⽆机⾮⾦属基复合材料。
⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③⽚材增强复合材料；④叠层复合材料。
4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴⼀次结构：是指由基体和增强材料复合⽽成的单层复合材料，其⼒学性能取决于组分材料的⼒学性能，各相材料的形态、分布和含量及界⾯的性能；⑵⼆次结构：是指由单层材料层合⽽成的层合体，其⼒学性能取决于单层材料的⼒学性能和铺层⼏何（各单层的厚度、铺设⽅向、铺层序列）；⑶三次结构：是指⼯程结构或产品结构，其⼒学性能取决于层合体的⼒学性能和结构⼏何。
5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。
第⼆章1、复合材料界⾯对其性能起很⼤影响，界⾯的机能可归纳为哪⼏种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界⾯将外⼒传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作⽤。
②阻断效应：适当的界⾯有阻⽌裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应⼒集中的作⽤。
③不连续效应：在界⾯上产⽣物理性能的不连续性和界⾯摩擦出现的现象。
④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界⾯产⽣散射和吸收。
⑤诱导效应：复合材料中的⼀种组元的表⾯结构使另⼀种与之接触的物质的结构由于诱导作⽤⽽发⽣变化。
2、对于聚合物基复合材料，其界⾯的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。
3、界⾯作⽤机理界⾯作⽤机理是指界⾯发挥作⽤的微观机理。
材料表界面第八章-复合材料界面PPT课件
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缩水甘油醚型环氧树脂
R - O H + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - O - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
陶瓷基、水泥基、玻璃基
3
复合材料的特性
(1). 轻质高强
复合材料的密度低，在1.4～2.0之 间，约为钢的1/5，铝的1/2，因而 其比强度（抗张强度与密度的比）、 比模量（弹性模量与密度的比）比 钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环 氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝 合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛 的4倍。轻质高强是复合材料适宜用 作航空、航天材料的宝贵性能。
缩水甘油胺型环氧树脂
R - O - C H 2 - C H - C H 2 O
R - N H 2 + C H 2 - C H - C H 2 C l O
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 C l O H
R - N H - C H 2 - C H - C H 2 O
O
O
C O HC= C O CH HC=C
调节饱和二元酸和不饱和二元酸的比例，可以控制不饱和聚酯中双键的含量
然后，在引发剂的存在下，不饱和聚酯中的双键与苯乙烯 发生自由基共聚反应，交联成三元网状结构
O CO
O HC-CHCO
HC-CH
CH-Ph
CH-Ph
CH
O
n
O
CH n
CO
HC-CHCO
HC-CH
第8章 复合材料的界面
第8章材料的热学性能
CmVT3（德 拜关系）
(0-5K) ：CmVT （电子为主）
以铜为例
2. 合金的热容 固溶体或化合物的热容服从 奈曼－考普(Neumann-Kopp)定律
C=pC1+qC2 p和q：组成原子的百分数；C1和C2为其原子热容
原因是原子在合金中的热振动能几乎与在单质中 相同。但上述规律在低温下不适用
优点：需要 的样品少且 制备容易， 可对热学参 数进行准确 的定量。
8. 2 材料的热传导 (Thermal conductivity of materials)
8. 2. 1 热传导的宏观现象 (Macro characters of thermal
conductivity)
导热：材料中的热量自动从热端传向冷端的现象
非稳态时，材料各点的温度是时间的函数。
例：不考虑材料与外界的热交换，则热端温度逐
渐降低，冷端温度逐渐升高，各点的温度梯度不
断变化，到平衡时趋于零。
对非稳态传热，有
T t
kt dcp
2T x2
其中d和cp分别为材料的密度和等压比热容。
定义 k t 为导温系数（热扩散率），反映非
dc p
稳态传热时的温度变化速率，则有
p=pvpx
J
CV pvp2xp
dT dx
根据能量均分定理有
vp2x
1 3
vp2
其中
v
2 px
为
v
2 px
的平均值，v p
为声子的平均速度
又平均自由程 p vpp
所以
J13CV pvpp
dT dx
由热流密度的定义
J
kt
dT dx
知声子导热系数 ktp 13CVpvpp
复合材料聚酰亚胺树脂
第8章 聚酰亚胺树脂
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（4）由二酐和二异氰酸酯反应获得聚酰亚胺
O O + OCN
O
O
O
CO
CO
N
CN O
O
优点: 是不产生水分，只产生二氧化碳。但由于异氰酸酯十 分活泼，可以发生许多副反应，如二聚、三聚成环，还可以 通过C=N双键聚合形成尼龙。异氰酸酯和空气中的水分接触 容易发生水解，使纯度降低。
❖
1．聚合过程中或在大分子反应中形成酰亚胺
❖ （1）由二酐和二胺反应生成PI
O
O
O
C HN
O + H2N
N
C OH
O
O O
第8章 聚酰亚胺树脂
7
❖ 反应分为两步：
❖ 1、将二酐和二胺在非质子极性溶剂，如二甲基甲 酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基 吡咯烷酮（NMP)，或四氢呋喃和甲醇混合溶剂中 进行低温溶液缩聚，获得聚酰胺酸溶液（PAA）；
耗、核磁共
❖
振等。测定环化时放出的水分和滴定尚
未环化的羧基
❖
的方法。
第8章 聚酰亚胺树脂
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8.2 缩聚型聚酰亚胺树脂
❖ 主要原料: 芳香二酐和芳香二胺。
❖ A: 二酐和二胺室温下在极性溶剂（如DMF、DMAc或
❖
NMP）中反应，生成可溶的聚酰胺酸预聚物。
❖ B: 通过加热或化学处理完成环化。
O
O
第8章 聚酰亚胺树脂
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（5）邻位二碘代芳香化合物和一氧化碳在钯催化下与二胺反 应转化为酰亚胺
I
I
+ H2N
I
I
O
O
NH2
L2Pd Cl 2
(完整版)复合材料期末复习
复合材料复习资料1复合材料的定义？复合材料是由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。
复合后的产物为固体时才称为复合材料，若为气体或液体，就不能成为复合材料。
2复合材料的分类：1）按基体材料类型分为：聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料。
（始终有基字）2）按增强材料分为：玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维复合材料；金属纤维复合材料；陶瓷纤维复合材料（始终有纤维二字）3）按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。
（两种的区别）结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。
功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。
3复合材料的基体：金属基---对于航天与航空领域的飞机、卫星、火箭等壳体和内部结构，要求材料的质量小、比强度和比模量高、尺寸稳定性好，选用镁、铝合金等轻金属合金做基体。
对于高性能发动机，要求材料具有高比强度、高比模量、优良的耐高温性能，同时能在高温、氧化环境中正常工作，可以选择钛基镍基合金以及金属间化合物作为基体材料；对于汽车发动机，选用铝合金基体材料；对于电子集成电路，选用银铜铝等金属为基体。
轻金属基体—铝基、镁基，使用温度在450℃左右或以下使用，用于航天及汽车零部件。
连续纤维增强金属基采用纯铝或单相铝合金，颗粒、晶须增强…采用高强度铝合金。
钛基，使用温度在650℃（450-700），用作高性能航天发动机镍基、铁基钴基及金属间化合物，使用温度在1200℃（1000℃以上），耐高温4聚合物基体一）简答题（各自优缺点）聚合物基复合材料的聚合物基主要有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。
各自优缺点：二）聚合物基体的作用选择题：a . 将纤维黏在一起；b.分配纤维间的载荷；c .保护纤维不受环境的影响5陶瓷基特点：比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性、抗老化性好，但脆性大，韧性差。
第8章复合材料力学性能
➢强度高，拉伸强度为3.62GPa； ➢模量高于GF，为125GPa； ➢韧性好，断裂伸长率为2.5%； ➢缺点：表面惰性大，与树脂界面粘结性能差，抗压、抗
扭曲性能差。
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基体材料
① 基体材料选择三原则：
第一，基体材料本身力学性能较好，如有较高的内聚强 度、弹性模量；与增强纤维有相适应的断裂伸长率； 第二，对增强材料有较好的润湿能力和粘结力，保证良 好的界面粘结； 第三，工艺性优良，成型和固化方法与条件简单，固化 收缩率低。
Ⅱ型CF（高强型）： 强度＞3GPa； 模量为230~270GPa； 断裂伸长率为0.5~1%
联碳化合物公司P-140 型CF： 模量高达966GPa
东丽公司T1000型CF： 强度达到7.05GPa； 模量为295GPa；
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③ 芳纶的力学特性
➢以Kevlar-49为代表的芳纶是一种高模量有机纤维； ➢密度小（1.44g/cm3，GF为2.54g/cm3，T300为
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8.2.1 纵向拉伸性能 （1）纵向拉伸应力σL 、拉伸模量EL
单向纤维复合材料纵向拉伸加载示意图和单向板纵向拉伸 简化力学模型图如下： PL = Pf + Pm
Pf 、 Pm分别为纤维（fibre）和基体（matrix）承受的载荷
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当用应力表示
PL = Pf + Pm
σL AL = σf Af + σm Am
单向（纤维增强）复合材料 双向（正交纤维）复合材料 多向（纤维增强）复合材料 三向（正交纤维增强）复合材料 短纤维增强复合材料
4
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（1）单向（纤维增强）复合材料
12 第八章 非金属材料简介
图8-1 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线
图8-2线型晶态高聚物的温度-形变曲线
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(2)线型晶态高聚物和体型高聚物的力 学状态 晶态高聚物的热-机曲线如图8-2所示 (图中Tm为熔点)，这种高聚物分为一般 分子量和很大分子量两种情况。一般分 子量的高聚物在低温时，链段不能活动， 变形小，因此在Tm以下与非晶态高聚物 的玻璃态相似，高于Tm则进入粘流态。 分子量很大的晶态高聚物存在高弹态 (Tm-Tf)。由于高分子材料只是部分结晶， 非晶区柔性好，晶区刚性好，因而在非 晶区的Tg与晶区的Tm温度区间，处于韧 性状态，即皮革态。 体型高聚物的力学状态与交联点的密度 有关，密度小，链段仍可运动，具有高 弹态，如轻度硫化的橡胶。交联点密度 大，则链段不能运动，此时Tg = Tf，高 聚物变得硬而脆，如酚醛塑料。
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（3）常用工程塑料 工程塑料是指力学性能和热性能均较好，可在承受机械应力 和较为苛刻的化学及物理环境下使用，并可作为工程结构件的 塑料。 常用塑料的性能见表8-2
PS管 PE波纹管
PP方向盘
ABS阀门 聚四氟 乙烯管
聚四氟乙 烯零件
密 封 件
电器配件9/25源自• 1)一般结构用塑料 一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。 聚乙烯(PE)的合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软， 适于制造薄膜。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构件，如化工管道、电缆绝 缘层、小负荷齿轮、轴承等。 聚氯乙烯(PVC)成本低，但有一定毒性。根据增塑剂的用量不同分为硬质和 软质两种。硬质聚氯乙烯主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯 乙烯主要用于薄膜、电缆包覆等。 聚苯乙烯(PS)电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢、包装及工 业制品，如仪器仪表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、 耐油的机械零件等。 聚丙烯(PP)具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿 轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。 ABS塑料是由丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)三种单体共聚而成，兼具三 组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、 汽车、飞机、轮船等制造工业及化学工业中被广泛应用。
第八章_功能复合材料（可编辑）
第八章_功能复合材料功能复合材料多种材料按照性能优势互补的原则组合在一起而产生了一种新型的材料就称之为复合材料。
功能复合材料是复合材料的重要组成部分。
功能复合材料概述功能复合材料是指除机械性能外提供其它物理性能的复合材料,如超导、磁性、阻尼、吸音、吸波、吸声、屏蔽、导电。
阻燃、隔热等等的复合材料。
其主要结构包括基体和功能体或两种以上功能体组成。
基体用于粘接和赋形,对整体性能也有影响。
功能体提供功能性。
功能复合材料的分类复合材料可以分为结构复合材料和功能复合材料。
结构复合材料如纤维复合材料主要用于军工产品;功能复合材料则在激光、隐身材料以及其它声、光、电、磁等方面占有重要地位。
按照复合材料的基体分类又可分为有机复合材料和无机复合材料,有机复合材料主要是指聚合物基复合材料,包括热固性复合材料和热塑性复合材料;无机复合材料主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、水泥基复合材料以及碳基复合材料。
也有的将复合材料分为常用复合材料和先进复合材料。
多数功能复合材料属于先进复合材料。
功能复合材料的复合效应多种材料复合起来,通过改变结构的复合度、对称性以及联结类型等参数可以大副度地、定向地改变材料的物性参数,因此可以按照不同用途通过优化组合实现最佳配合,而获得材料的性能最佳值,因此,对于类似的用途可以通过对复合材料的结构调整可以达到满意的结果,而不必要开发新的材料。
对功能材料进行复合,可以通过交叉耦合,产生新的功能效应,甚至可以出现新的二者都不具备的新的功能。
多种功能复合材料是今后复合材料的发展方向。
功能复合材料的复合效应包括非线性效应和线性效应。
线性效应包括平均效应、平行效应、互补效应和相抵效应。
电导、密度、热度等服从这一规律,可用PcViPi 来计算, P为功能指标,V为体积分数。
非线性效应包括共振效应、诱导效应、乘积效应等。
两种性能可以相互转换的功能材料X/Y与另一种Y/Z转换的材料复合起来,可以得到X/YY/ZX/Z的新材料,这就是具有乘积效应的功能复合材料。
第8章-聚合物填充体系与短纤维增强体系分析
内容提要：首先介绍填充剂与增强纤维的种类、性能， 填充剂的表面改性与界面特性，然后分别介绍聚合物增强体 系、填充阻燃体系和天然材料／聚合物复合体系。
聚合物的填充体系，是指在聚合物基体中添加与基体在 组成和结构上不同的固体添加物制备的复合体系。这样的添
加物称为填充剂，也称为填料。“填充”一词有增量的含义。 某些填充剂，确实是主要作为增量剂使用的。但随着材料科 学的发展，越来越多的具有改性作用或特殊功能的填充剂被 开发出来。
云母粉呈鳞片状形态，在其长度与厚度之比为100以上时， 具有较好的改善塑料力学性能的作用。在PET中添加30％的云母 粉，拉伸强度可由55MPa提高到76MPa，热变形温度也有大幅度 提高。
云母粉在橡胶制品中应用，主要用于制造耐热、耐酸碱及电
绝缘制品。
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(5) 二氧化硅(白炭黑)
用作填充剂的二氧化硅大多为化学合成产物，其合成方 法有沉淀法和气相法。二氧化硅为白色微粉，用于橡胶可具 有类似炭黑的补强作用，故被称为“白炭黑”。白炭黑是硅 橡胶的专用补强剂，在硅橡胶中加入适量的白炭黑，其硫化 胶的拉伸强度可提高l0～30倍。白炭黑还常用作白色或浅色 橡胶的补强剂，对NBR和氯丁胶的补强作用尤佳。气相法白 炭黑的补强效果较好，沉淀法则较差。
粒度较细的滑石粉可用作橡胶的补强填充剂。超细滑石 粉的补强效果可更好一些。
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(4) 云母
云母是多种铝硅酸盐矿物的总称，主要品种有白云母和金云 母。云母为鳞片状结构，具有玻璃般光泽。云母经加工成粉末， 可用作聚合物填充剂。云母粉易于与塑料树脂混合，加工性能良 好。
云母粉可用于填充PE、PP、PVC、PA、PET、ABS等多种塑 料，可提高塑料基体的拉伸强度、模量，还可提高耐热性，降低 成型收缩率，防止制品翘曲。云母粉还具有良好的电绝缘性能。
2024-2025学年人教版化学九年级下学期《第8章金属和金属材料》测试卷及答案解析
2024-2025学年人教版化学九年级下学期《第8章金属和金属材料》测试卷一．选择题（共14小题）1．化学行业中把材料分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等．金属材料在现实生活中有极为重要的作用．下列金属材料的运用与金属所具有的性质不一致的是（）A．制造白炽灯灯丝﹣﹣熔点高B．制造飞机﹣﹣坚硬而质轻C．制造保险丝﹣﹣硬度大D．制造装化工原料的容器﹣﹣耐腐蚀2．下列金属中，能被磁铁吸引的金属是（）A．铁片B．铝片C．铜片D．都能3．铝可以制成合金，用于制作窗框，卷帘门等。
铝的性质与该用途无关的是（）A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．延展性好4．下列物质中，不．属于合金的是（）A．玻璃钢B．生铁C．黄铜D．硬铝5．下列推理正确的是（）A．木炭和石墨都属于碳单质，所以性质相似B．氧化物中都含有氧元素，所以含有氧元素的物质是氧化物C．CO2能用于灭火，所以CO也能用于灭火D．合金的硬度比纯金属大，所以钢的硬度比纯铁大6．属于金属的是（）A．Mg B．O2C．S D．P7．属于金属的是（）A．Si B．P C．Na D．Ne8．下列说法中，错误的是（）A．氢、氧元素的本质区别是电子数不同B．生铁和钢的性能不同是由于它们的含碳量不同C．金刚石和石墨物理性质不同是由于碳原子排列方式不同D．一氧化碳和二氧化碳的化学性质不同是由于它们的分子构成不同9．为测定镀锌铁皮锌镀层的厚度，将镀锌铁皮与足量盐酸反应，待产生的气泡明显减少时取出，洗涤，烘干，称重。
关于该实验的操作对测定结果的影响判断正确的是（）A．铁皮未及时取出，会导致测定结果偏小B．铁皮未洗涤干净，会导致测定结果偏大C．烘干时间过长，会导致测定结果偏小D．若把盐酸换成硫酸，会导致测定结果偏大10．下列主要成分是Fe2O3的铁矿石是（）A．赤铁矿B．磁铁矿C．菱铁矿D．黄铁矿11．我们中华民族的祖先在世界冶金史上曾谱写过辉煌的篇章．早在距今2000余年前的西汉时期，就有“曾青得铁则化为铜”的记述，此乃现代湿法冶金术之先驱．从现代化学观点理解，“曾青”应赋予的最恰当涵义为（）A．铜（单质）B．硫酸铜（溶液）C．铜的化合物D．可溶性铜盐（溶液）12．海南东线高铁的开通，改善了人们的出行．铁轨通常由锰钢制作而成，锰钢属于（）A．金属材料B．复合材料C．有机合成材料D．无机非金属材料13．下列属于置换反应的是（）A．CaO+H2O＝Ca（OH）2B．Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑C．H2CO3＝H2O+CO2↑D．CuSO4+2NaOH＝Cu（OH）2↓+Na2SO414．钛和钛合金是重要金属材料。
复合材料典型结构层压板加筋板蜂窝结构修理
10、层压板内部分层
➢ 用甲基丁酮或丙酮清除分层区周围污物 ➢ 标出注射孔位置，用钻头钻孔（达到分层处） ➢ 选用正确的修理树脂，调制后装入干净注射器中 ➢ 将混合树脂注入一个钻孔，直到树脂从另外一个钻孔溢出 ➢ 把分离膜等放在修理区上，用加压钳或重物加压 ➢ 固化 ➢ 移去加压钳、分离膜等 ➢ 用砂纸磨去多余树脂并打磨平整 ➢ 检查气穴
蒸汽脱脂：主要用于清除表面油脂。
底部加热，顶部绕有水冷容器，对多脂物有较高溶解性的清洁液蒸发，蒸汽在冷蜂窝 芯上凝结形成带有污染物的溶液并滴落，而后为更纯的凝结溶液代替。一直进行到蜂 窝过热不再凝结蒸汽为止。
2）冷修理较高的蜂窝芯时，可将几块蜂窝叠起来 ➢ 切两块一样的蜂窝 ➢ 剪一块略大的纤维织布 ➢ 刮布使胶粘剂浸渍纤维织布 ➢ 用纤维织布把两块蜂窝连起
6、封装
铺放顺序
芯塞修理区外周 均放3个热电偶
注意事项：
➢ 封装材料的铺放顺序 ➢ 芯塞厚 0.5in：只外面电热毯，外面修理区至少2个热电偶 ➢ 芯塞厚 > 0.5in：
o 可两面接近时，两面都铺电热毯，外面修理区2个热电偶， 内部修理中心1个热电偶 o 仅外面接近，外面电热毯，至少2个热电偶在孔中
➢ 超声波探伤仪检查损伤区 ➢ 确定并标识脱粘区 ➢ 根据脱粘区大小，确定紧固孔位置 ➢ 钻紧固孔 ➢ 清洁修理区 ➢ 安装连接件，用胶粘剂/密封剂密封 ➢ 喷漆
蜂窝结构修理 上下面板通过胶膜/胶粘剂与蜂窝相连
常见损伤：
o 面板分层（冲击、粘接失效） o 板芯脱粘（声振、高温、潮湿） o 面板损伤（蒙皮裂纹是蜂窝内部出现积水的根本原因） o 凹坑（压缩强度不够、弯矩过大导致压缩损伤、外来物冲击）
➢ 热固化：中温固化（120oC）、高温固化（ 180oC及以上 ）
8-第八章_复合材料细观力学
假设代表性体积单元长度为l，宽度为w，而且w=wf+wm(见图8.3)。当单 元体在1方向受到拉伸时，引起纤维和基体的横向应变（2方向）分别为
f 2 f f 1 f 1, m2 m m1 m1
式中，vf 和 vm分别是纤维和基体的泊松比。 单元的横向变形△w可以表示为
8.1 细观力学的基本假设
单向复合材料是各向异性的非均质体，而其组分材料（纤维和基体） 可视为均质的、各向同性的。纤维具有高的强度和刚度，作为承载的主 体；纤维是密实的，性能比较稳定。基体的力学性能较弱，但对复合材 料的结构完整性起着重要作用。通常基体中包含着孔隙，复合材料的强 度与孔隙含量亦有密切关系。另外，纤维与基体之间的界面结合完好性 对复合材料的力学性能亦有影响。然而基体中的孔隙含量和界面黏结程 度都可通过制造工艺来控制。为了简明分析组分材料与复合材料之间的 力学关系，本章采用的细观力学方法须有如下的基本假设： （1）复合材料单层是宏观均质的、线弹性的、正交各向异性的，且无初 应力； （2）增强材料（纤维）是均质的、线弹性的、各向同性（玻璃纤维）或 横向各向同性的（石墨纤维、硼纤维），且分布规则； （3）基体材料是均质的、线弹性的、各向同性的，孔隙可忽略不计； （4）界面黏结完好，无缺陷。
图8.3 代表性体积单元体1方向 拉伸示意图
EL E f f Emm E f f Em 1 f
（8.6）
这就是复合材料沿纤维方向的弹性模量混 合律。EL与f具有线性关系，当f由0~1变化时， EL从Em~Ef按线性变化，如图8.4所示。
图8.4 EL和f的关系
w w f wm f 2 w f m 2 wm f w f m wm 1
第八章 土工合成材
定义
机械粘合是以不同的机械 工具将纤维加固。有针刺 法和水刺法两种。
1.热粘合 热粘合是将纤维在传送带上成网，让其通过两个反向转 动的热辊之间热压，纤维网受热达到一定温度后，部分纤 维软化熔融，互相粘连，冷却后得到固化。这种方法主要 用于生产薄型土工织物，厚度一般为0.5~1.0mm。由于纤 维是随机分布的，织物中形成无数大小不一的开孔，又无 经纬丝之分，故其强度的各向异性不明显。 纺粘合是热粘合中的一种，是将聚合物原材料经过熔融、 挤压、纺丝成网、纤维加固后形成的产品。该种织物厚度 薄而强度高，渗透性大。由于制造流程短，产品质量好， 品种规格多，成本低，用途广，近年来在我国发展较快。
热粘合
化学粘合
机械粘合
定义
热粘合是将纤维在传送带上成网 让其通过两个反向转动的热辊之 间热压，纤维网受热达到一定温 度后，部分纤维软化熔融，互相 粘连，冷却后得到固化。
定义
化学粘合是通过不同工艺将粘合剂 均匀地施加到纤维网中，待粘合剂 固化，纤维之间便互相粘连，使网 得以加固，厚度可达3mm。常用的 粘合剂有聚烯酯、聚酯乙烯等。
（二）土工网
土工网是由聚合物经挤塑成网，或由粗股条编织， 或由合成树脂压制成的具有较大孔眼和一定刚度的平 面结构网状材料。如下图。
（二）土工网 土工网是由聚合物经挤塑成网，或由粗股条编织， 或由合成树脂压制成的具有较大孔眼和一定刚度 的平面结构网状材料。网孔尺寸、形状、厚度和 制造方法不同，其性能也有很大差异。一般而言， 土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产 品常用于坡面、防护、植草、软基加固垫层或用 于制造复合排水材料。
软式排水管
软式排水管又称为渗水软管， 是由高强度钢丝圈作为支撑 体及具有反滤、透水、保护 作用的管壁包裹材料两部分 构成的 。
汽车材料教学课件第四版第八章非金属材料及复合材料及其在汽车上的应用
3. 增强材料 增强材料主要用来提高橡胶的力学性能，如强度、硬度、耐磨性和刚性等。
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二、橡胶的分类
1. 按原料来源分类 橡胶的种类很多，按其原料来源不同，橡胶分为天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶 三大类。 （1）天然橡胶天然橡胶是指以天然生胶制成的橡胶材料。天然橡胶是一种综合 性能优良的高弹性物质，大量用于制造各类轮胎以及各种胶带、胶管等橡胶制品。
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一、汽车塑料件
汽车塑料零部件主要有三类：内饰件、外饰件和功能件。内饰件主要有仪表板、 车门内饰板、座椅、车厢内饰等。外饰件除要求具有内饰件的功能外，还要求强度 高、韧性好、耐环境条件及耐冲击性能好，主要有前后保险杠、挡泥板等。塑料材 料的前保险杠如下图所示，保险杠饰板和泡沫塑料碰撞吸能器可吸收车速低于 4 km/h时的轻微碰撞力，这些部件碰撞后会自动恢复原样。
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（2）合成橡胶 合成橡胶是指以合成生胶制成的橡胶材料。合成橡胶品种繁多，通常分为通用合 成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶是汽车工业的重要材料，常用的有氯丁橡胶、 丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
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（3）再生橡胶 再生橡胶是利用废旧橡胶制品经再加工而成的橡胶材料。再生橡胶强度较低，但 有良好的耐老化性，且加工方便，价格低廉。汽车上常用于制造橡胶地毡、各种封 口胶条等。
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2. 按性能和用途分类 橡胶按其性能和用途不同，分为通用橡胶和特种橡胶两大类。 （1）通用橡胶通用橡胶是指产量大、应用广，在使用上没有特殊性能要求的橡 胶，如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等。汽车上使用的一般都是通用 橡胶。 （2）特种橡胶特种橡胶是指具有耐热、耐寒、耐油和耐化学腐蚀等特殊性能的 橡胶。主要用于在特殊环境下工作的零件，如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。
复合材料的疲劳性能特点
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8.1.2 复合材料的疲劳性能
复合材料在应用过程 中，由于承受变动载 荷或反复承受应力， 即使应力低于屈服强 度，也会导致裂纹萌 生和扩展，以至构件 材料断裂而失效，或 使其力学性质变坏。
1） 纤维破坏 纤维断裂发生在其应变达到断裂应变时。
由于脆性纤维具有低的断裂应变，只产生少量变形， 因而吸收能量低。
碳纤维复合材料的冲击性能低，玻璃钢和凯芙拉的冲击 性能好。
虽然纤维是使复合材料具有高强度的主要原因，但纤 维断裂仅占总能量吸收的很小比例。但应当记住，纤维 的存在非常显著地影响破坏模式，从而也影响了总冲击 能。
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8.1.1 复合材料的冲击性能
1）实验方法： 评价冲击性能的最普通的方法，是通过测量破坏一个标准式 样所需要的能量来确定冲击韧性。Charpy和Izod冲击试 验，针对各向同性的材料发展起来的，前者是简支梁加载， 后者是悬臂梁加载。实验冲击破坏以后，在刻度盘上可独处 摆锤能量损失，将他除以式样的截面积即为冲击韧性或冲击 强度。
第8章 复合材料的其他力学性能
8.1 复合材料的冲击、疲劳、蠕变、环境影响、断裂及损伤
复合材料在实际应用中，往往存在冲击载荷、动载荷 等作用，存在蠕变、环境影响、损伤、断裂等问题。
影响复合材料的断裂、冲击和疲劳性能因素比金属材 料的更多，而且对它们的研究还很不够，本节将对其逐一 讨论。
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8.1.1 复合材料的冲击性能
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8.1.1 复合材料的冲击性能
这种实验结果得到的韧性数据只是在一定程度上的定性结果， 原因： （1）摆锤冲击是所造成的能量损失既包括材料损伤与断裂 所吸收的能量，还包括消耗的实验机上的能量损失、断裂碎 块的飞出功和声能等； （2）反映不出材料冲击破坏过程的损伤历程，给出的是一 个笼统的结果。不同材料，试样的断裂形式不同，可能会得 到相同的冲击强度，对于各向同性的材料，其破坏形式简单， 这两种冲击实验的方法还可以。对于复合材料，破坏现象复 杂，这两种产能供给实验不足以提供反映复合材料完整的冲 击特性的数据。
飞机复合材料蜂窝板修理—蜂窝夹芯结构件的修理标准工艺
8.1
蜂窝夹芯结构件 的修理标准工艺
8.3
8.2
蜂窝夹芯结构件 的修理实例
8.4
蜂窝夹芯结构件 损伤类型与修理准则
蜂窝夹芯结构件 的常见修理方法
8.2 蜂窝夹芯结构件的修理标准工艺 1、 蜂窝夹芯结构件的修理材料
波音机型： 查阅SRM手册 51-30-06 空客机型：查阅SRM手册 51-77-11
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波音客机常见修理材料
2
波音客机常见修理材料
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250F 热修理固化程序
固化过程的分区
8）检查和修整
280#砂纸打磨，400#砂纸抛光，11-003清洁剂清洗
9）铺层修理
I. 预浸料+胶膜铺层 II. 湿铺层
10）检查和修整
分层脱胶检测范围：大于修理区域以外2in
11）恢复表面保护层
复合材料各保护层顺序
蜂窝夹芯结构件的修理材料
>>>>>>>>>>>>>> 主要内容 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
制作蜂窝芯塞
冷修理中叠加制作蜂窝芯塞
制作蜂窝芯塞
对合镶接热修理，制作的蜂窝芯塞与孔洞尺寸小0.05in 修理蜂窝芯塞高度比原蜂窝芯塞1mm
热修理蜂窝
清洁蜂窝芯塞
① 制作的蜂窝芯塞清洁后才能安装
② 把蜂窝芯塞放入丙酮、MIBK（ (甲基异丁丙酮））或 MEK （甲基乙基酮）中浸泡60S（最多浸泡4次）
第8章 金属有机骨架材料
(3) 1999年，Yaghi在Nature上发表了由锌离子和对苯二甲 酸 构建的MOF-5（又称IRMOF-1）。
HOOC
COOH
Zn(NO3)2
Nature, 1999, 402(6759), 276.
(4) 1999年，香港科技大学Williams教授在Science上发表了 由硝酸铜和均苯三甲酸构建的另一著名的金属有机骨架 HKUST-1（又称MOF-199） 。
第8章
金属有机骨架材料
Metal-organic frameworks, MOFs
❖MOFs的发展历史 ❖MOFs的优点与缺点 ❖MOFs的结构设计策略 ❖MOFs的合成方法 ❖MOFs的应用
MOFs的概念 金属有机骨架（MOFs），也称配位聚合物（coordination polymers, CPs），是由金属离子或金属簇与有机配体通过 配位组装形成的一类具有周期性多维结构的多孔有机-无机 杂化材料。
❖气体吸附 氢气吸附：
MOF-5是众多MOFs中的一个典型范例，其框架[Zn4O(BDC)3]是 Zn4O(COO)6单元与对苯二甲酸根BDC相互连接形成的具有pcu拓扑的三 维网络。MOF-5在真空下可以稳定到400 oC。Long等在严格无水无氧条 件下制备的MOF-5样品，其高压H2吸附测试显示在7 K、4 MPa下，H2 超额吸附量为76 mg/g。当压力为17 MPa时，H2绝对吸附量高达130 mg/g，体积存储密度为77 g/L。
(1) 1989年，澳大利亚Robson教授首次报道了一系列多孔配位 聚合物的晶体结构。（J. Am. Soc. Chem., 1989, 111, 5962）
(2) 1995年 美国Yaghi教授课题组使用一价铜离子和4,4‘-联吡 啶为原料，通过水热合成法制备了具有金刚烷型网状结构 的配位聚合物MOF-1，并首次提出MOFs的概念。
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增强材料及成型方法和强度的关系
成型方法 性能 手糊成型 玻璃毡 (600g/m2) 无捻粗纱布 (900g/m2) 玻璃布 (340g/m2) 0~0.07 23 51 46 真空袋成型 加压袋成型 玻璃毡 (600g/m2) 玻璃布 (340g/m2) 玻璃毡 (600g/m2) 热压釜成型 玻璃毡 (600g/m2) 模压成型 玻璃毡 (600g/m2)
构成
性能 板厚(mm) 板厚 角度
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 璃 四层 八层 三层 布 二 层 6 3 2.5
玻 璃 毡 四 层 7.5
玻 璃 布 二 层
玻 璃 布 二 层
玻 璃 毡 四 层 4.0
玻 璃 布 二 层
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
13.7 14.7 11.8 13.7 弯曲模量 7.7 7.7 8.5 9.6 8.6 8.7 (GPa) 7.7 13.4 15.7 11.3 13.1 156 166 185 212 压缩强度 192 193 145 117 203 129 (MPa) 204 182 188 193 230 11.2 15.7 7.4 12.7 压缩模量 5.7 5.7 7.2 7.6 8.3 7.1 (GPa) 6.7 12.3 15.1 7.3 12.3
作用：主要用作承力和次承力结构。 作用：主要用作承力和次承力结构。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 组成：由增强体和基体复合而成， 组成：由增强体和基体复合而成，前者是复合材料中承受 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体， 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体，并 起传递应力和增韧的作用。 起传递应力和增韧的作用。
影响复合材料性能的因素：原材料、 影响复合材料性能的因素：原材料、结构设计方法 及成型工艺。 及成型工艺。 (1) 增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强 度及化学稳定性等是决定GFRP性能的主要因素 性能的主要因素; 度及化学稳定性等是决定 性能的主要因素 (2) 增强材料的含量及其排布方式与方向次之 增强材料的含量及其排布方式与方向次之; (3) 增强纤维与基体树脂的界面粘结状况
1、机械性能的特点 、 （1）比强度高 ） FRP密度为 ～2.2g/cm3，约为钢1/4~1/5，而强度与一 密度为1.4～ 约为钢 ， 密度为 般的碳素钢相近。因此FRP的比强度很高。 的比强度很高。 般的碳素钢相近。因此 的比强度很高 （2）各向异性 ） 明显的方向依赖性， 明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布增强 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。
3. 疲劳特性 影响FRP疲劳特性的因素是多方面的，实验表明，静态强 影响 疲劳特性的因素是多方面的，实验表明， 疲劳特性的因素是多方面的 度高的FRP，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种 度高的 ，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种FRP存 存 在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。 在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。实际纤维体积含量低于 或高于最佳值，其疲劳强度都会下降。 或高于最佳值，其疲劳强度都会下降。 方向性：加振方向与纤维方向的夹角由0º上升到 ，疲劳强度 方向性：加振方向与纤维方向的夹角由 上升到45º， 上升到 急剧下降。 急剧下降。 存在缺陷，温度上升， 存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降
E-42环氧 环氧FRP不同方向的拉伸性能 环氧 不同方向的拉伸性能
性能 0º 比例极限 178 拉伸强度 破坏强度 269 (MPa) 离散系数 12.6 E1×10-4 弹性模量 (MPa) E ×10-4 2 延伸率 ε(%) 1.67 1.43 1.6 15º 84 210 7.9 1.33 0.63 2.5 30º 50 173 17.3 1.11 0.16 4.8 方向 45º 45 158 11.3 1.0 0.13 4.8 60º 50 163 12.8 1.00 0.16 4.8 75º 80 194 8.3 1.25 0.50 2.6 90º 160 263 11.9 1.52 1.22 1.9
1.52 1.64 1.63 1.50 1.67 169 27.7 247 1ห้องสมุดไป่ตู้.8 148 10.8
拉伸强度(MPa) 81 231 168 130 拉伸强度 拉伸模量(GPa) 6.4 14.4 13.6 6.7 拉伸模量 弯曲强度(MPa) 143 190 217 190 弯曲强度 弯曲模量(GPa) 5.7 12.7 13.8 8.7 弯曲模量 压缩强度(MPa) 118 119 132 157 压缩强度 压缩模量(GPa) 6.5 17.1 17.2 8.1 压缩模量
结构复合材料
结构复合材料 工程应用的角度 功能复合材料 以其声、 以其声、光、电、热、磁等物理 特性为工程所应用， 特性为工程所应用，诸如压电材 阻尼材料、自控发热材料、 料、阻尼材料、自控发热材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、生物 相容性材料、磁性分离材料。 相容性材料、磁性分离材料。 以其力学性能如强 刚度、 度、刚度、形变等 特性为工程所应用
（3）弹性模量和层间剪切强度低 ） 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板， 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板，其弹性模量与 木材接近。 木材接近。 （4）性能分散性大 ） FRP的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。 的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。 的性能受一系列因素的影响
2. 静态特性 基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 (1) 拉伸特性 对于单向增强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均 ， 对于单向增强 随纤维体积含量V 的增大而正比例增加。 随纤维体积含量 f的增大而正比例增加。对于采用短切纤维毡 和玻璃布增强的FRP层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不 层合板来说， 和玻璃布增强的 层合板来说 成正比增加，但仍随V 与Vf成正比增加，但仍随 f增加而增加 。 双向FRP其纤维方向的主弹性模量大约是单向 其纤维方向的主弹性模量大约是单向FRP的 双向 其纤维方向的主弹性模量大约是单向 的 0.50~0.55倍；随机纤维增强 近似于各向同性， 倍 随机纤维增强FRP近似于各向同性，其弹性模量 近似于各向同性 大约是单向FRP的0.35~0.40倍。 大约是单向 的 倍
构成
性能 板厚(mm) 板厚 角度
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 四层 璃 三层 八层 布 二 层 6 3 2.5
玻 璃 毡 四 层 7.5
玻 璃 布 二 层
玻 璃 布 二 层
玻 璃 毡 四 层 4.0
玻 璃 布 二 层
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
原材料：无碱100平纹布 层，E-42环氧树脂。 平纹布184层 环氧树脂。 注：原材料：无碱 平纹布 环氧树脂 树脂含量： 树脂含量：42.3%。 。
(3) 弯曲特性 FRP的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。纤 的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。 的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加 维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。 维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。 (4)剪切特性 剪切特性 纤维含量增大， 的剪切弹性模量上升， 纤维含量增大，FRP的剪切弹性模量上升，FRP的剪切特性 的剪切弹性模量上升 的剪切特性 也呈现方向性。 也呈现方向性。 E-42环氧 环氧FRP垂直板面剪切性能 垂直板面剪切性能 环氧 性能 剪切强度(MPa) 剪切强度 方向 0º 85 15º 83.2 30º 95.0 45º 99.2 60º 98.1 75º 90º 90.7 89.5
玻璃纤维的构成与FRP的机械性能 的机械性能 玻璃纤维的构成与
构成 玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 四层 璃 璃 三层 八层 布 毡 二 四 层 层 6 3 2.5 7.5 玻 璃 布 二 层 玻 璃 布 二 层 玻 璃 毡 四 层 4.0 玻 璃 布 二 层
性能 板厚(mm) 板厚 角度
1. 电性能 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数， 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数， 击穿强度等 FRP的电性能一般介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 的电性能一般介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善FRP的电性能 的电性能 树脂的极性越大，电绝缘性越差。 树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在 及分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性， 及分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂 的电性能。 的电性能。
0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º 0º 45º 90º
171 207 109 208 拉伸强度 86 84 109 77 85 93 (MPa) 91 175 244 104 204 16.1 19.8 10.2 16.9 拉伸模量 8.5 9.1 10.9 11.0 8.7 10.7 (GPa) 9.3 16.9 19.9 10.0 16.7 262 403 199 295 弯曲强度 137 139 206 225 104 211 (MPa) 142 253 407 201 274
注：原材料：无碱100平纹布 层，E-42环氧树脂。 原材料：无碱 平纹布9层 环氧树脂。 平纹布 环氧树脂 试验温度：15℃~22 ℃ ；144根试件。 试验温度： ℃ 根试件。 根试件
(2) 压缩特性 在应力很小、纤维未压弯的时候， 在应力很小、纤维未压弯的时候，压缩弹性模量与拉伸弹 性模量接近。玻璃布增强FRP的压缩弹性模量大体是单向 的压缩弹性模量大体是单向FRP 性模量接近。玻璃布增强 的压缩弹性模量大体是单向 的大致是单向FRP的0.4倍。 的0.50~0.55倍；纤维毡增强 倍 纤维毡增强FRP的大致是单向 的大致是单向 的 倍 单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高， 单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高，但并非成比 的压缩强度随纤维含量增加而提高 例增长。 例增长。