纺织结构复合材料第一讲
纺织结构复合材料第一讲
纺织结构复合材料第一讲1. 什么是纺织结构复合材料？纺织结构复合材料具有纤维的优良性能和纺织品的柔韧性，是一种新型的复合材料。
它采用纺织品作为增强材料，常见的纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
与传统的复合材料相比，纺织结构复合材料不存在层间剥离的问题。
此外，它的使用寿命长，防护性能好，能够适应高强度、高性能、多功能的性能要求，具有很高的应用价值。
2. 纺织结构复合材料的制备方法目前常用的纺织结构复合材料制备方法有以下几种：2.1 手工层叠法手工层叠法是一种简单而常用的制备方法，它利用胶水将纤维与基体胶粘在一起。
该方法制备的复合材料具有较好的柔韧性，并具有一定的强度、刚度、韧性和耐冲击性。
2.2 自动层叠法自动层叠法是一种自动化程度较高的制备方法，它通过自动化设备将纤维与基体粘结在一起。
该方法可以提高生产效率，使复合材料具有较好的一致性和稳定性。
2.3 预浸法预浸法是将纤维与预先浸润过原液的基体材料放置在模具中形成的复合材料。
该方法可以使复合材料具有更好的强度和刚度，但由于需要进行预浸润，成本较高。
2.4 压缩成型法压缩成型法是一种利用高温高压对纤维和基体进行加强和粘结的方法。
该方法可以制备出具有高强度和高刚度的复合材料，但设备成本相对较高。
3. 纺织结构复合材料的应用纺织结构复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、医疗、运动器材等领域。
以航空航天为例，纺织结构复合材料在制造航空器、导弹、卫星等方面有着广泛的应用，可以显著提高载荷能力、加速度、强度和稳定性等指标。
4.随着科技和生产技术的不断发展，纺织结构复合材料将会在更多领域得到广泛应用，成为未来的重要材料之一。
纺织复合材料.doc
复复合材料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。
纺织复合材料的定义是在复合材料的基础上定义的，它是含有纤维、纱线或织物的复合材料。
纺织复合材料的原材料包括增强材料和基体材料。
作为增强材料的纤维一般有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维和芳纶；基体材料主要包括金属基体材料、陶瓷基体材料和树脂基体材料，其中树脂基体材料使用最为广泛。
树脂的基本功能是为纤维提供一种支撑，并将纤维在材料中预定的位置固定，使构件具有完整稳定的结构。
纺织复合材料具有质轻、高强、刚性好等性能。
纺织复合材料的强度、刚性比金属的大，而密度则比金属的小。
经研究表明:钢的强度数值为1.8，而玻璃纤维复合材料的为7.1，碳纤维复合材料的是11.2；代表刚性大小的比弹性模量值按上述材料排列的顺序分别是2.2、2.8、10.0。
但是，纺织复合材料的密度则为钢的1/4、铝的1/2[1]。
合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。
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。
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。
纺织材料学PPT课件
天然纤维的制备：棉花 的采摘与加工、羊毛的 剪切与收集等。
化学纤维的制备：聚合 物原料的合成与纺丝工 艺等。
纺织品的加工：织布、 染色、印花、后整理等 。
纺织品的性能测试与评 价：测试标准与评价方 法等。
03
纺织材料的性能测试与评价
纺织材料的性能测试
01
02
03
04
拉伸性能测试
通过拉伸实验测定纺织材料的 抗拉强度、伸长率和弹性模量 等参数，评估其承受外力的能 力。
纺织材料的性能与特点
性能
纺织材料具有多种性能，如透气性、保暖性、吸湿性、抗皱 性、耐磨性等，这些性能决定了纺织材料在不同领域的应用 范围。
特点
纺织材料的特点包括轻便、柔软、易加工、可塑性强等，这 些特点使得纺织材料在满足人们生活需求的同时，也在推动 着相关产业的发展。
02
纺织材料的结构与性质
纺织材料的结构
安全卫生性评价
评价纺织材料的有毒有害物质含量、微生物指标 和卫生性能等安全卫生指标，以确保使用安全。
纺织材料的应用领域
80%
服装领域
纺织材料广泛应用于服装制造， 包括各类服装、内衣、鞋帽等。
100%
家纺领域
纺织材料用于制造床单、被套、 窗帘、地毯等家纺产品。
80%
产业用纺织品领域
包括汽车内饰、建筑用布、医疗 用品、过滤材料等产业用纺织品 。
纤维的形态结构
纤维的长度、细度、截面形状等。
纤维的内部结构
纤维的结晶度、取向度、空隙等。
纤维集合体的结构
纤维的排列、交织方式、间隙等。
纺织材料的性质
力学性质
拉伸强度、耐磨性、弹性等。
吸湿与透气性
吸湿性、透气性、透湿性等。
《纺织复合材料》课程思政优秀教学案例(一等奖)
《纺织复合材料》课程思政优秀教学案例（一等奖）一、课程特点与现状纺织复合材料课程是本校纺织工程专业学生的一门专业选修课，课程内容从高性能纤维到聚合物基体，以及两者之间的界面属性与成型工艺，涵盖了纺织科学与材料科学等诸多领域知识。
但由于课时少，内容覆盖面广，往往会造成教师在主干内容之外较难加入与思政教育有关的内容。
学生在学习和掌握课程知识之余，对于其他知识的额外吸收也力有不逮。
此外，近年来传统专业因宣传力度以及人们的固有思想掣肘在生源上表现出来的问题也日趋严峻，传统专业往往需要通过校内调剂，甚至因招不到学生而不得不被撤销。
纺织工程专业目前就面临着招生难，调剂率高等严峻问题，学生们在入学之后因为对专业本质的不了解，存在着轻视甚至是抵触等情绪。
纺织复合材料课程因其应用性强，学生对材料制备与实际应用缺乏感性认知，这就造成课程“无用论”观点的蔓延，这些都对课程思政的开展带来了困难。
相关思政元素：爱国热情、信任、归属感、立德树人、创新创业、价值观、信任感、专业信心、民族信心、学习积极性二、课程思政的开展1.以人为本，加强师生与学校之间信任感思政教育工作在传统模式教学下较难展开，一是当前国家与社会条件的日益改善，学生受家庭溺爱的程度也逐步增加，在进入到大学后对于自身意志的把控不足，造成以自我为中心、言行过激与冲动、易受他人影响而不能明辨是非等现象。
另外一点是有些学校与学生和老师之间缺乏必要的信任，认为对方是“别有用心”，这对于处理好校方和师生之间的关系就很不利。
作为一名纺织复合材料课程的任课教师，在处理学生对教师与学校信任感的问题上，主要是从以下几个方面展开：（1）首先在课程教授过程中，可以跟学生阐明“信任”的重要性。
例如：纺织结构复合材料的产业化程度高，信任关系作为相关企业生存的“社会资本”，起着极其重要的作用。
在课程内容之外，结合具体案例，让学生了解信任的含义和作用，突出信任的重要性。
（2）抓住学生对于创新学分的需求，结合课程内容讲解创新学分获得的途径，着重对学校关注的大学生创新创业项目、“互联网+”大学生创新创业大赛等项目进行宣传，让学生体会到学校对于该类项目的支持，培育学生对教师和学校的信任。
第一章复合材料概述课件
第一章复合材料概述课件一、教学内容本节课我们将学习教材中第一章“复合材料概述”的内容。
具体包括：1.1节复合材料的定义与分类，详细探讨复合材料的组成、结构特点及其分类方法；1.2节复合材料的基本性能，介绍复合材料的力学、热学、电学等性能及其影响因素；1.3节复合材料的应用领域，分析复合材料在航空、航天、汽车、建筑等行业的应用实例。
二、教学目标1. 了解复合材料的定义、分类及其基本性能；2. 掌握复合材料的应用领域，培养学生的创新意识；3. 提高学生对复合材料结构与性能关系的认识，培养学生的科学素养。
三、教学难点与重点难点：复合材料的基本性能及其影响因素，复合材料的应用领域。
重点：复合材料的定义与分类，复合材料的结构与性能关系。
四、教具与学具准备1. 教具：复合材料样品、PPT课件、投影仪；五、教学过程1. 导入：展示复合材料样品，让学生观察并思考：什么是复合材料？它们有什么特点？2. 讲解：通过PPT课件，讲解复合材料的定义、分类、基本性能及应用领域。
3. 实践情景引入：介绍复合材料在生活中的应用实例，如碳纤维自行车、玻璃钢船舶等。
4. 例题讲解：讲解复合材料力学性能的计算方法，并进行随堂练习。
5. 课堂讨论：分析复合材料在航空、航天等领域的应用优势，引导学生探讨其未来发展方向。
六、板书设计1. 复合材料的定义与分类2. 复合材料的基本性能3. 复合材料的应用领域七、作业设计1. 作业题目：请简述复合材料的定义、分类及其应用领域。
2. 作业题目：请举例说明复合材料的基本性能及其影响因素。
答案：复合材料的基本性能包括力学性能、热学性能、电学性能等。
影响因素包括：基体材料、增强材料、界面结合、制备工艺等。
例如，碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度和模量，其性能受碳纤维的排列方式、含量、界面结合等因素影响。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的基本概念、性能和应用，使学生了解复合材料的优势和特点。
纤维复合材料-1
预氧化： 预氧化：200℃～300℃的 氧化气氛中， 氧化气氛中，原丝受张力 情况下进行。 情况下进行。
石墨化： 石墨化：在2500℃～3000℃的温度下， ℃ ℃的温度下， 密封装置，施加压力， 密封装置，施加压力，保护气体中进 行。目的是使纤维中的结晶碳向石墨 晶体取向， 晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角 进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。 进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。
纤维复合材料
中原工学院 张瑞文
2011-2-18
第一讲 复合材料用化学纤维 第二讲 高分子复合材料加工
第1节 玻璃纤维 节 第2节 碳纤维 节 第3节天然纤维 节天然纤维 第4节合成纤维 节合成纤维 第5节芳纶纤维 节芳纶纤维
2011-2-18
化学纤维-玻璃纤维 化学纤维 玻璃纤维
“玻璃纤维行业从上世纪五十年代诞生，至今 玻璃纤维行业从上世纪五十年代诞生， 已经半个世纪了， 已经半个世纪了，从最初的崭露头角到现在成 为全世界玻璃纤维第一生产大国， 为全世界玻璃纤维第一生产大国，国内的玻纤 业发展可谓是飞速。 业发展可谓是飞速。作为复合材料最佳的增强 材料，玻璃纤维的前景依然广阔。 材料，玻璃纤维的前景依然广阔。”
2011-2-18
碳纤维碳纤维 分类
聚丙烯腈基碳纤维 粘胶基碳纤维 原丝类型 沥青基碳纤维 木质素纤维基碳纤维 其它有机纤维类（各种天然纤维， 其它有机纤维类（各种天然纤维， 再生纤维缩合多环芳香族等） 再生纤维缩合多环芳香族等）
2011-2-18
碳纤维碳纤维 分类
受力结构用碳纤维 耐焰碳纤维 活性碳纤维（吸附活性） 活性碳纤维（吸附活性） 导电用碳纤维 润滑用碳纤维 耐磨用碳纤维 碳纤维与石墨纤维的区别： 碳纤维与石墨纤维的区别：
第7章 纺织结构复合材料
纺织结构增强材料的类型
纺织结构预制件分类参数
代号 DM DR C 参数 维数 增强材料方向 纤维连续性 代号 T I M 参数 纤维束捻度 结构的整体性 加工方法
L B
增强材料线性度 每个方向纤维束大小
PD
填充密度
纺织结构增强材料的类型
复合材料用纤维结构 水平 增强系统 纺织结构 纤维长度 纤维取向 纤维纠缠
纺织结构增强材料的类型
增强材料类型
维
一维 二维
0轴
1轴
2轴
3轴
4轴
三 维 1 2
纺织结构增强材料的类型
无捻长丝纱 有捻长丝纱ຫໍສະໝຸດ 粗梳纱线精梳纱线高膨体长丝纱
粗梳毛纱
弹力长丝纱
精梳毛纱
各种纱线结构示意图
纺织结构增强材料的类型
几何 形态
单元 模型 机织物 （交织） 针织物 （成圈） 编织物 （缠织） 非织造布 （粘结）
三维整体织物
三维机织物
多重织机装置示意图
三维整体织物
三维机织物
不同结构 三维机织 物预制件
(a)：三向正交织物，各向同性比较好，是用相同层数、粗细一样的纱 线织成的织物，比较厚； (b)：经纱通过整个厚度方向的角连锁结构； (c)：经纱只通过相邻两层的角连锁结构，此织物柔软性较好。
三维整体织物
三维整体织物
三维机织物
三维机织是利用织机的梭子把纤维或纱线织成三维立体织物 的方法，主要通过多重经纱织造的方法形成，织造中由于采用多 重经纱，从而使织物厚度增加，并且沿厚度方向纱线或纤维是相 互交织在一起，即按一般概念的“层”之间是相互连接在一起的。 这就提高了织物“层”间抗剪切的能力。目前，可以织造出由17 层经纱和纬纱相互交织的立体织物。 机织三维织物的三个系统的纱线呈正交状态配置，沿X方向的 纱线为纬纱，其作用是构成水平纬纱层，同时又将Z方向的水平 经纱层隔开。沿Z方向的纱线为地经，其作用是构成水平经纱层， 同时又将X方向的水平纬纱层隔开。沿Y方向的纱线为缝经，其作 用是将相互垂直的经纬纱铺层缝接在一起。三个系统的纱线呈正 交状态构成一个整体。
纺织复合材料整理解析
常用增强纤维的种类（GF, CF, Kevlar,
UHMPE等）；
碳纤维（Carbon fiber, CF） 玻璃纤维Glass Fiber（GF）
高模聚乙烯（UHMPE）纤维
纤维增强体的分类：
碳纤维
碳纤维（Carbon fiber, CF）：纤维状的炭材料，其化学组 成中碳元素占总质量的90%以上。
可用作增强材料的织物
机织、针织、编织、层合片和非织造布等结构
三维织物与传统二维织物的区别：
➢纱线交织方向数不同：纱线交织方向数是三或三以上。 ➢织物厚度不同：统织物较薄，是单层或两层及两以上层数的织物； 三维织物较厚，织物层数可达几十层。 ➢纱线状态不同：三维织物内部的纱线往往是伸直的，在织物表面 发生大的屈曲和转向；多采用不加捻的长丝，且主要由高性能纤维 进行织造。 ➢织物形状复杂程度不同：传统织物是平面的织物，形状简单。立 体织物是圆筒形、方形、矩形、T形、工字形等断面的织物。 ➢用途不同：一般立体织物是与其它材料如树脂等复合成高性能的 复合材料。
按增强相材料形态分类—— •颗粒、薄片增强复合材料 •晶须增强复合材料 •短纤维复合材料（杂乱或有一定取向） •连续纤维复合材料 •织物（二维、三维）增强复合材料
复合材料的特点
•性能优越：比强度、比模量、轻质、耐疲劳、减震性好、 抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等； •功能多样：可综合发挥各种组成材料优点，使一种材料具 有多种功能； •可设计性：可按对材料性能需要进行材料的设计和制造； •一次成型：可制成所需要任意形状产品，避免多次加工工 序。
应用：芳纶1414：帘子线；防弹服装；航空航天复合材料。
芳纶1313：航空飞行服，宇航服，绝缘服，消防服，高 温下的过滤布、滤带等。
纺织复合材料整理解析
➢ 合理的设计和工艺保证了结构件的强度和韧性。
通过增强件、基体和界面的合理配置，使纺织复合材料成为同时具有强度 和韧性的结构复合材料。三维纺织复合材料可整体成型复杂件，防止了由 个别层板结构组合构件时出现皱褶，同时也避免了在粘结、螺接和共固化 中造成的工艺损伤，从而提高了受力的性能，使纺织复合材料更具有轻质、 高强的优越性。
应用：芳纶1414：帘子线；防弹服装；航空航天复合材料。
芳纶1313：航空飞行服，宇航服，绝缘服，消防服，高 温下的过滤布、滤带等。
纺织复合材料的概念
广义上：纺织复合材料是指采用纤维或纤维制品为增强材料的 复合材料。 狭义上：纺织复合材料特制采用纺织方法尤其是三维织造方法 获得具有整体结构的预型件，并与基体材料复合所获得的复合 材料。
4.3 热塑性树脂基体 一、结构与种类
热塑性聚合物——是指具有线型或支链型结构的有机高分子化 合物。这类聚合物是线形或有支链的固态高分子，可溶可熔， 可反复加工成型而无任何化学变化。热塑性聚合物在软化或熔 化状态下，可以进行模塑加工，当冷却至软化点以下能保持模 塑成型的形状。 属于热塑性聚合物的有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚苯硫等。
在一定的温度和压力下可塑制成型的合成材料。 除了以有机高分子为主体以外，还加入： ➢ 增加塑性的增塑剂 ➢ 改变表面性能的润滑剂 ➢ 防止受光热影响的稳定剂 ➢ 色料和填料等配合剂。 主要特点：
密度小；强度比较高；具有良好的机械性能、电性能、光 性能和化学稳定性。
聚合物基体分类：
按树脂热行为分：热固性及热塑性两类。 ➢ 热塑性基体（如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚 醚酮等）：线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工 成型而无任何化学变化。 ➢ 热固性基体（如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚 酯等）：它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固 态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化后，形成不溶不 熔的三维网状高分子，这类基体通常是无定形的。
纺织结构复合材料第一讲
纺织结构复合材料第一讲一、引言纺织结构复合材料是一种由纤维和基体组成的材料，具有许多优异的性能和应用潜力。
纺织结构复合材料的制备和性能研究是材料科学和工程领域的一个重要研究方向。
本文将首先介绍纺织结构复合材料的基本概念和研究背景，然后探讨其制备方法和性能特点，最后对其应用领域进行简要介绍。
二、纺织结构复合材料的基本概念和研究背景纺织结构复合材料是由纤维和基体组成的复合材料。
纤维可以是天然纤维、合成纤维或金属纤维，基体可以是塑料、金属、陶瓷等。
纺织结构复合材料的制备过程包括纤维的编织、钉合或缠绕等工艺，以及基体的浸渍和固化等步骤。
纺织结构复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。
纺织结构复合材料的研究背景可以追溯到20世纪50年代。
随着纤维材料和基体材料的不断发展和进步，纺织结构复合材料的制备和性能得到了很大提升。
近年来，纺织结构复合材料在材料科学和工程领域的研究越来越受到重视，许多学者和科研人员开始关注纺织结构复合材料的制备方法、性能评价和应用。
三、纺织结构复合材料的制备方法纺织结构复合材料的制备方法有多种，常见的方法包括编织法、钉合法、缠绕法等。
编织法是将纤维交叉编织成织物，然后通过浸渍和固化等工艺使基体与纤维相互结合。
钉合法是将纤维钉在基体上，然后进行浸渍和固化等工艺，使纤维与基体紧密结合。
缠绕法是将纤维缠绕在基体上，然后进行浸渍和固化等工艺，使纤维与基体形成一体化结构。
纺织结构复合材料的制备方法选择的关键因素包括纤维的类型、基体的类型、应用环境等。
不同的制备方法可以得到不同的纺织结构复合材料，具有不同的性能和应用潜力。
四、纺织结构复合材料的性能特点纺织结构复合材料具有许多优异的性能特点。
首先，它们具有较高的强度和刚度，比许多传统材料具有更好的机械性能。
其次，纺织结构复合材料具有较低的密度，重量轻，适用于需要减轻重量的应用领域。
此外，纺织结构复合材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性，可以适应各种极端环境。
第1章纤维结构的基础知识(纺织材料学)
(a) 网状型
(b) 枝杈型 图2-1 纤维的长链分子
(c) 直线型
3. 链原子的类型与排列
按构成主链的化学组成不同，纤维大分子可以分为以下三类：
（1）碳链高分子：主链是以碳原子的共价键(C-C健)形式组成 大分子链；
（2）杂链高分子：主链是由两种以上的原子（如C-O、C-N、 C-S等）以共价键相连接而成；
第一章 纤维结构基础知识
一、 纤维大分子链的化学组成及连接方式 二、纤维高分子材料的聚集态结构 三．线型非晶态高聚物的物理形态
一、 纤维大分子链的化学组成及连接方式
1. 纤维大分子结构
一、 纤维大分子链的化学组成及连接方式
2. 纤维大分子链的支化、构型：
纤维大分子是由许多结构相同或相近的结构单元（单基）以化学健的 方式连接而成的线型长链分子。由于纤维材料的分子量很大，约在一万以 上，因而被称为“大分子”或“高分子”。
3、柔性：指纤维大分子在一定条件下，通过内旋转或振动而 形成各种形状的难易程度的特性。
二、纤维高分子材料的聚集态结构
高分子链的形成主要靠主价力（化学键） 高分子链聚集成高聚物主要靠次价力（分子间的力）。
1. 分子间的相互作用
★作用力的类型
共价键
主价力（又称化学键） 配位键
作用力的类型
离子键
次价力（又称分子间力，包括：范德华力、氢键）
1. b. 结构紧密，缝隙，孔洞较少；
b.结构松散，有较多的缝隙、
孔洞；
2. c. 相互间结合力强，互相接近的基团 c.相互间结合力小，互相接近
的基
结合力饱和。
团结合力不饱和。
（5）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率 重量结晶度：纤维内部结晶区的重量占纤维总重量的百分率。 体积结晶度：纤维内部结晶区的体积占纤维总体积的百分率。
纺织复合材料复习
3、芳纶 芳纶纤维工业化的产品主要有两种：间位芳纶 1313 和对位芳纶 1414。 特点 芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能强度是钢丝的 5-6
倍，模量为钢丝或玻璃纤维的 2-3 倍，韧性是钢丝的 2 倍，而重量仅为钢丝的 1/5 左右，在 560℃下，不分解，不融熔芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其发明被认为是高 性能纤维材料领域的一个里程碑。
生产玻璃纤维的常用方法主要有：坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝法。 一）玻璃纤维的物理性能 1.外观和密度
玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，纤维之间的 抱合力非常小，不利于和树脂粘结。玻璃纤维彼此相靠 近时，空隙填充得较为密实，有利于提高玻璃钢制品的 玻璃含量。 2.力学性能 （1）拉伸强度 玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。一般玻璃制品的拉伸强度只有 40 ~ 100 MPa，而直径 3 ~ 9 um 的玻璃纤维拉伸强度则高达 1500 ~ 4000 MPa，较一般合成纤维高约 10 倍，比合金钢 还高 2 倍。 （2）纤维的弹性 玻璃纤维的弹性模量约为 7 × 10^4 MPa，只有普通钢的三分之一，致使复合材料的刚度较 低。对玻璃纤维的弹性模量起主要作用的是其化学组成。实践证明，加入氧化铍、氧化镁能 够提高玻璃纤维的弹性模量。 （3）纤维的耐磨性和耐折性（柔性） 玻璃纤维的耐磨性是指纤维抵抗磨擦的能力；玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。 玻璃纤维这两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，这是玻纤的严重缺点。 （4）纤维热性能 导热系数是指通过单位传热面积 1m^2，温度梯度为 1 度/ m，时间为 1 小时所通过的热量。 玻璃的导热系数为 0.6 ~ 1.1 千卡/米·度·时，但拉制成玻璃纤维后，其导热系数只有 0.03 千卡/米·度·时。产生这种现象的原因，主要是纤维间的空隙较大，容重较小所致；容重 越小，其导热系数越小，主要是因为空气导热系数低所致；导热系数越小，隔热性能越好。 （5）纤维的光学性能 由于玻璃纤维具有优良的光学性能，因而可以制成透明玻璃钢，进而制成各种采光材料、导 光管以传送光束或光学物像。这在现代通信技术等方面也得到了广泛应用。 2、碳纤维
01-纺材绪论可编辑全文
fi m)
流程方向
加工、设计过程 SK (K= 1,2,, N)
S1
SK
SN
f1i1
F1 j1
f Ki K
FKj K
f Ni N
FNj N
成品特征 (j =1,2,,
Fj n)
可加工性评价 最优组合与
最低成本原则
• 检测（各过程与效果） • 控制（纤维和纤维集合体的运动） • 优化（加工工艺与设备）
爱因斯坦相对论的质量－能量关系
1 v2 c2
甲壳素纤维 的分子式
CH2OH
O O
OH HNCOCH3
OH HNCOCH3
O
OLeabharlann CH2OH n2Sl Snl 4.2(1 n 1/ 5 ) l
Peirce的弱环（Weak-link）定律
二、纺织材料的研究内容
1
0
表达还可以借助其他手段与方法来实现，称为测量。这是 实际的、直接的表达。
织机的织造→机械化织造→多维，多轴系的织机和机织物 （2）特征：交叉、刚硬和稳定
三、纺织材料的发展－织物
针织物：
（1）起源与发展： 柔软的草茎或线状物的绑扎、打结→柔软的纱、线、绳 的手工圈套、编结→简单的手工器具，弯曲的勾针或直挺的 细棒的圈套与编织→手摇机械针织机及自动针织机。 （2）特征：柔软易变形、三维圈套
fk(Exi) IN
某加工 过程
gk(Exi) OUT
特征与质量评价 舒适、风格、 功能、易护理、
可销毁和再利用
研究对象及其间关系
表征方法与技术
纤维特征
纤维集合体特征
结构
特征 结构
特征
分子组成 分子结构 微细结构 几何形态 表面结构
纺织复合材料
纺织复合材料王静!德州学院"山东德州#$%&’$(摘要)主要介绍了纺织复合材料的定义及组分"探讨了其主要成型技术"论述了纺织复合材料的性能及应用*关键词)复合材料+纺织复合材料+定义及组分+成型技术+应用中图分类号),-./010文献标识码)2文章编号).//345/67!6//5(/64//894/5’纺织复合材料的定义及组分纺织复合材料的定义是在复合材料的基础上定义的*复合材料是两种或两种以上的材料"按要求组合而成的一种新材料"新材料具有成分中任何单一材料所不具备的特性*纺织复合材料则是含有纤维:纱线或织物的复合材料*其性能变化是).;.;.<5或.;.<6*由上述可知"纺织复合材料的组分有纤维和树脂*纤维一般有碳纤维:玻璃纤维:硼纤维:芳纶+树脂则有不饱和聚酯树脂:环氧树脂:酚醛树脂:呋喃树脂*树脂的基本功能是为纤维提供一种支撑"并将纤维在材料中预定的位置和方向固定下来"使构件具有结构整体性*构件工作时"树脂起着传递载荷的作用"低模量的树脂基体将承担较小的负荷"而大部分负荷由高模量的纤维承担*如果没有树脂的加强和稳定作用"纺织复合材料不会显示出其优良的结构整体性"特别是承受压力时"树脂的稳定作用更加突出*总之"在纺织复合材料中"纤维是主承载部分"起增强作用+树脂将纤维粘接成一个整体"赋于复合材料各种优良的性能*#纺织复合材料成型技术#1’喷洒法此方法为将短纤维和树脂分别喷洒在模具表收稿日期)6//64.64/7作者简介)王静!.3=/>("山东德州人"讲师*面"此法适用于制作面积较大或承受力不大的构件*例如车身:建筑用构件等*#1#挤拉法此法是将牵引浸泡过树脂的长丝通过模具拉出烘干"按一定长度截断"即可制得*改变模具的截面"可得方形:圆形:工字形或其它形状构件*此法生产率高"构件纤维含量高"抗拉性好*适用于制作钩:渔杆:绝缘棒等*#1%卷绕法此方法为将浸泡过树脂的长丝通过卷绕工艺成型"其原理是将纤维或布袋浸渍树脂后"缠绕到一定形状的水溶性芯模上"固化后过水脱模制作成大型管道和容器*例如制作固体火箭发动机壳体:压力容器等*此法能充分发挥纤维的承载能力"体现可设计性*#1?层合法此法是目前广泛使用的的制作方法"利用简单织物:编织物:机织物:非织造布与树脂结和剂制作层合板材"原理是将二维织物层叠树脂浸泡加压加温固化"适合于连续大批量生产"其不足之处是层间会剥离或开裂*其产品主要是大型板材*#1$整体制作法利用整体织物骨架制作复合材料"是近年来纺织复合材料制作技术的新发展*此法层间用纤维连接"整体骨架经复合后具有良好的整体性"由于织物骨架中纤维连续而且沿多方向联连"使构件的整体性与可靠性大大提高"层间剥离现象已不存在*此法主要有三种工艺"其中利用编织工艺"可以生产外形和结构十分复杂的骨架+利用机织工@? $ @山东纺织科技#&&%年第#AA A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A期万方数据艺!可以制成工形梁"#形梁"高厚织物管材"蜂窝板材等$利用针织工艺可以生产多层经编织物"多轴向经编织物"三通道"锥形管"通用管材等骨架%上述成形方法表明&纺织复合材料的成形方法比较方便’树脂具有流动性!纤维柔软!由模具易形成要求的形状与尺寸(!成形方法多样性’一种材料!多种方法(%)纺织复合材料的性能及应用)*+性能纺织复合材料质轻"高强"刚性好%纺织复合材料的强度"刚性比金属的大!而密度则比金属的的小%经研究表明&钢的强度数值为,-.!而玻璃纤维复合材料的为/-,!碳纤维复合材料的是,,-0$代表刚性大小的比弹性模量值按上述材料排列的顺序分别是0-0"0-.",1-1%但是!纺织复合材料的密度则为钢的,23"铝的,20%耐酸碱性好%如碳纤维的耐酸碱性超过白金%耐高温%如碳纤维可在01114以下使用$玻璃纤维在551465.14不燃烧%耐腐蚀"不生锈"耐海水及微生物侵蚀%)*7应用由于纺织复合材料具有上述优越的性能!其应用范围日益扩大!纺织复合材料几乎可渗透到所有的领域%)*7*+宇航纺织复合材料在航空方面!主要应用于飞机"火箭发动机壳体"燃料罐"喷管"导弹和飞船头锥等承力不大的构件%目前飞机的许多构件都可以用纺织复合材料制作%例如&雷达罩"发动机叶片等%如今波音/3/飞机使用玻璃纤维纺织复合材料的总面积已达808平方米’因为飞行器的重量!是飞机飞行时的主要负荷!而质轻的纺织复和材料!则能减重!所以飞机的面积能大大增加(%用纺织复合材料制作的直升飞机浆叶!比同等价格的金属浆叶寿命高!后者的使用期限为,5119!而前者的则超过:1119%结构复杂的零件可用纺织复合材料直接复合而成!可减少零件个数和联接件"降低重量"节约成本%表,列出了几种飞机零件!采用不同材料时所需零件个数的对比%表+飞机零件采用不同材料的零件数零件名称金属材料数’个(碳纤维纺织复合材料零件数’个(前端:;3端盒53;联接件38:.,01,由表,可以看出!采用纺织复合材料后!零件的个数大大减少了%)*7*7造船纺织复合材料抗冲击性好"吸振性强"耐海水及海洋生物侵蚀"成形方便"便于维护!比钢材更适应海洋环境!再加上该材料成本低且质轻!所以可用于船舶业%其产品有快艇"游艇"救生船"深海渔船%用纺织材料所制造的船!可以使船的重量减轻%例如!一只竞赛用的独木舟!使用00/<碳纤维!舟的重量可以从,5-8=<降至,1=<%)*)*)车辆纺织复合材料用于车身"坐椅"油箱"车门的制做!利用层合板制做的板簧!大大延长了使用受命%同时!用此材料制做的赛车身及后压盖!由于刚度高!高速行驶时!不易变形能继续保持流线的外形$而用传统金属材料制做的车身!高速行驶时!由于空气压力而产生车体变形!接口处出现缝隙!噪声增大!空气阻力增加%)*)*>体育用挤拉法生产的空心或实心渔杆!改善了渔杆的性能$用树脂浸渍织物!滚压制做的渔杆!重量更轻!弹性更好$用碳纤维复合材料制做的乒乓球拍"滑雪板等器材!使许多运动项目!进入了一个新的时代%)*)*?军械用纺织复合材料制作的潜水艇!表面没有磁性!传统的磁性水雷不会对其造成威胁$制作的导弹外壳!可以防止高速飞行时的过热熔融%目前!战术火箭"反坦克导弹"防护装甲"大口径火炮"火箭导弹"火箭发动机等已开始用纺织复合材料制作%用该材料制作的移动天线!减轻了重量!提高了部队的机动能力%)*)*@医学用玻璃纤维复合材料制作的外科夹板!可直接模塑出病人的身体外形!减轻了患者的痛苦$用层合板制作的人工呼吸器!轻便耐用!碳纤维复合材料的杨氏模量与人骨相似!与软组织的适应性A??A 7B B )年第7期CC C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C 山东纺织科技万方数据极好!可以用其修复韧带"制作假肢#$%$%&机械与建筑在机械行业!多数零件都可以用纺织复合材料制作!以达到降低构件重量"提高构件刚度"提高机器精度的目的#而在建筑行业!使用纤维增强预制件!提高了制品的韧性"抗伸强度"减少了裂纹"延长了建筑物的寿命#$%$%’纺织在纺织行业中!许多高速运动的零件!可使用纺织复合材料制作!从而降低重量!提高生产率!如用该材料制作的纺纱转杯!其转速可由()*+,-(./0!提高到1+,-*./0#在剑杆织机上用碳纤维复合材料制作的剑杆"剑带"弹簧片等改善了织机的性能#综上所述!纺织复合材料!具有其它材料无可比拟的性能!该材料的应用范围非常广泛!几乎涉及到各行各业#随着人们对纺织复合材料研究的不断深入及其应用领域的不断扩大!将从根本上改变人们对纺织复合材料的传统观念#由此可断言!在未来!通过对纺织复合材料的应用与实践!其巨大的潜能会逐渐释放出来#234567389:;9<653<=>?@A B C DE F G H I J KL J M M G D G !F G H I J K 1*N -,*!L I B C OP Q R <5S T U 5V W I B X O .Y B Z M G B C Y .J [K Z G X Y I G [G \B C B Y B J CO C [B C D .G [B G C Y X J \Y G ]Y B M G Z J 0/J X B Y G X ![B X Z K X X G X Y I G \J .0O Y B J CY G Z I C J M J D ^\J .Y I G Z J 0/J X B Y G 0O Y G .B O M X !O C [G ]/J K C [X Y I G O //M B Z O Y B J CO C [/.J /G .Y B G X J \Y I GZ J 0/J X B Y G X %_3‘a 9S b <V Z J 0/J X B Y G c Y G ]Y B M G Z J 0/J X B Y G c [G \B C B Y B J CO C [B C D .G [B G C Y c \J .0O Y B J CY G Z I C J M J D ^c O //M B Z O dY B J Cef g e 山东纺织科技h i i $年第h jj j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j 期万方数据。
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能源领域
l 地热能源利用一是采暖, 二是发电。复合材料在地热能的应用主要 是管道, 冷却塔, 变电设备中绝缘,消声器, 隔热、保温设备上, 这主 要利用复合材料的耐热防腐、比强度高、隔热性好, 而且容易制造、 安装、修补等优点。
l 储能是合理利用能量的一种方法, 它可将剩余能量储存起来供需要 时使用。复合材料飞轮是一种很好的储能设备, 这就是利用复合材 料缠绕制品有很大的环向强度, 同时材料密度又很小。
纺织结构复合材料第一讲
应用举例
l 航空航天 l 电子信息 l 建筑 l 汽车 l 农业 l 生物材料 l 体育运动
纺织结构复合材料第一讲
1.2增强纤维和基体基本知识
•芯片封装 •电路板
复合材料
•信息存储
•磁记录 •光记录
•信息传播
•光导纤维 •导波管
•信息执行
•机械动作 •高强高刚
•信息技术的 每一步发展都 与材料息息相
关
纺织结构复合材料第一讲
2) 对提高人类生活质量做出贡献
•衣
•纺织机械
•食
•蔬菜大棚
•住
•建筑材料
复合材料
•行
•交通工具
•改善舒适性
•轻质高强、隔音隔热 •墙体门窗、整体洁具 •飞机车辆、大小船舰 •高速列车的车体结构
纺织结构复合材料第一讲Fra bibliotek能源领域
l 轻量化是汽车节能的重要手段, 采用轻质高强材料, 是实现汽车轻 量化重要途径。高性能复合材料的应用使汽车“ 轻量化” 上升 到一个新水平。
l 在火车车厢制造领域早已应用复合材料, 如双层玻璃钢车厢。随 着火车的提速, 特别是实现高速列车后, 复合材料正成为越来越重 要的一类材料。
l 对于复合材料，应该强调正面效果，即复合后的整体性能 应超过组分材料，同时保留了所期望的性能(例如高强度、 刚度、轻的重量)，抑制了所不期望的特性(例如低延性) ， 复合材料应该是多功能的材料系统，可提供任何单一材料 所无法获得的特性。也就是说，并非随意将不同种类的原 材料混合在一起都能够得到复合材料。
7 优异的物理化学性能：轻质高强、耐化学腐蚀、 抗疲劳性能好、减振性能好、耐热性好等。
纺织结构复合材料第一讲
复合材料的命名
l 复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而另一相是以独 立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连续相相比，这种分散相 的某些性能优越，会使材料的性能显著增强，故常称为增强体 (也称 为增强材料、增强相等)；
纺织结构复合材料第一讲
l 通过以上对复合材料的多种定义可以发现，复合材料是两 个或两个以上的不同化学性质的组元或不同组织相组成的 结合体，是不同的材料在宏观尺度上组合而成的一种有用 的材料。并应满足以下三个条件： (1)各组元含量都大于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。
纺织结构复合材料第一讲
复合材料应具有以下特点
4 复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复 合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性 能是单个组分材料性能所不及或不同的；
5 复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材 料，即组元之间存在着明显的界面。
6 复合材料是非天然形成的，以区别于具有某些复 合材料形态特征的天然物质。
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复合材料的历史
l 从广义上讲，复合材料已有很久的历史。远古时代人们用 稻草掺入黏土做土坯。古代人们用钢铁层压法制成刀剑等。 近代的复合材料是以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起 点。随后为了提高纤维的弹性率，开发了硼纤维、碳纤维、 耐热氧化铝纤维等。另一方面，为了改善树脂的耐热性， 对金属基复合材料也开展了研究。FRM的耐热温度已达 450℃，强度在1500 MPa以上。同时，对陶瓷等无机材料 作为复合材料的基体也有了重新的认识，在研究开发的基 础上有了广泛的应用。
l 在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体大。分散相可 以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料，在基体与增强 体之间存在着界面；
l 复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势 是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：
纺织结构复合材料第一讲
复合材料的命名
纺织结构复合材料第一讲
复合材料应具有以下特点
1 复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计 的，即复合材料具有可设计性；
2 组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固 有的物 理和化学性质（区别于化合物和合金）；
3 复合材料不仅能保持原组分的部分优点，而且产 生原组分所不具备的新性能，就是说复合材料中 各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限 度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组 元所不具备的优良持殊性能；
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1.1 复合材料概述
尽管定义的细节有所不同，但其要点是共同的。 1 含两种以上不同的化学相。 2 具有每个组分所不具备的优良性能。
至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否应属于复合材料的范畴，尚有 不同的看法。但一般认为它们应属于具有复合材料形态的天然材料。这 样，复合材料的含义就还应该包括：人工制造、成分由人们有意识的选 择；具有重复的几何形状等。
（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基 复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻 璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶 瓷颗粒增强复合材料等。
（3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方 法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把 增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放 在后面。
•提高安全性
•抗冲韧性、吸收能量 •汽车保险杠轿车底板 •自诊断机敏复合材料 •高层建筑抗地政灾害
•提高健康水平
•修复植入人造器官 •成分设计、调整应力
•生物相容性 •人工关节、夹骨板
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3) 在解决资源短缺与能源危机方面的贡献
•开发新能源 与节约能源
•提高太阳能的转换率（光电池、框架） 风力发电装置（大型化的叶片、支柱） 核燃料（铀分离转子）；潮汐发电
•轻 量 • 耐热性
•氧化铝纤维 •石墨纤维
•泡沫材料 •工程塑料
•延伸与 韧性
•氮化铝纤维
•晶 须
•-SiC •-Al2O3 •Si3N4
•石墨
•混凝土
•石 膏
•定向凝固 共晶
•自增强 塑料
•聚酰亚 硝胺
•金 属
•陶 瓷 •石 墨
•功能化
•碳化硅纤维
•功能 •复合材料
•扩散接合 •表面处理 •CVD(化学气相沉积) •CVI(化学气相渗透)
l 复合材料在太阳能利用方面的应用也是多方面, 从航天器、卫星上 的太阳能帆板、太阳能电池、到太阳能采暖设备、发电设备、空调 制冷设备中处处可见复合材料制品, 特别是太空太阳能发电站, 大部 分构件是用碳纤维复合材料制成。
l 由于复合材料的非磁性、隔热和特别适用于低温等优点, 可以制成 超导线圈支架、超低温容器等。用复合材料制造的离心机转筒, 转 速高、效率大, 是最理想的材料。
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4）在治理环境中可起的作用
复合材料
•降低污染
➢整体近净成形 ➢降低原材料用量 ➢节约加工能耗 ➢延长设施寿命 ➢功能膜支撑网格 ➢碳纤维缠绕气瓶 ➢废水治理厂管道
•利用废弃 物
➢材料互补 ➢矿渣 ➢木屑 ➢废塑料 ➢麦杆 ➢稻草 ➢野生植物
•“绿色”材 料
➢自然降解 ➢提高性能 ➢利用天然纤维 ➢透明农膜 ➢一此性餐具 ➢降解后变为
复
合
•开发海洋
•耐高压、耐海水腐蚀的深海勘探装置
材
•与空间
（碳纤维增强树脂装置已潜入海下1000m） 海上石油平台、空间站、航天器等
料
•挖掘尚未被 利用的能源
•镁（轻量、阻尼性能好，力学性能差） 颗粒增强或晶须增强，扩大应用范围 野生植物、无机矿物、电厂烟囱煤灰
•使基础设施 •延长寿命
•基础设施建设的重要性 •高性能纤维增强混凝土，取代钢筋
•肥料或饲料
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“绿色复合材料”
l 完全源于生物质,并能完全生物降解的复合 物被定义为“绿色复合材料”。它们可由 各种天然/ 生物纤维和生物高聚物基体，在 纳米尺寸上进行调控,复合制成。这类材料 的主要优点是环境友好，完全降解，源于 可持续性资源，在废弃后不伤害环境，同 时能够容易地处置或堆肥。
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1.1 复合材料概述
（关于复合材料，有着不同的定义方式。 ） “由两种以上不同的原材料组成，并使原材料的性能得到充分发挥，通过复
合化而得到单一材料所不具备的性能。 ”（ 岛 村昭治 . 未来を拓く先端材 料，工业调查会，1982 ） “把一些个体典型或基本的特性组合，而得到的物质。”（余永宁 等 译. 金 属基复合材料导论，北京，冶金工业出版社，1996 ） “由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。”（吴人洁， 复合材料，天津大学出版社，2000） “经过一定的操作，将复数个原材料合体，或者是由复数个相生成，且具有 比原材料优异的性能。”（香川 丰，八田博志. セラミックス基复合材料， アグネ承风社，1990 ）
纺织结构复合材料第一 讲
2020/11/30
纺织结构复合材料第一讲
第一章 绪论
1.1 复合材料概述
定义和分类：国际标准化组织：“由两种以上在物理和化学上不同的物 质组合起来而得到的一种多相固体材料。” 《材料科学技术百科全书》：“复合材料是由有机高分子、无机非金 属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保 留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性 能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获 得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。” 《材料大辞典》：“复合材料是根据应用的需要进行设计，把两种以 上的有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料组合在一起， 使之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。一般由基体组元与增 强材料或功能体组元所组成，因此亦属于多相材料范畴。”