复合材料的特性

材料名称 钢 铝
玻纤/聚酯CM 碳纤/环氧CM
比强度 0.13 0.17 0.53 1.03
比模量 0.27 0.26 0.21 0.21
• Glass fiber reinforced composites • Carbon fiber reinforced composites • Boron fiber reinforced composites
(3) 基体与增强体并用 即同时出现基体材料 和增强体材料
碳纤维增强环氧树脂复合材 料、玻璃纤维增强不饱和聚 酯树脂复合材料等。
(4) 俗称
玻璃钢就是玻璃 纤维增强树脂基 复合材料的俗称
1.3 复合材料的分类
按材料的化学性质 金属材料
非金属材料
材 按材料的物理性质 绝缘材料 导电材料
料
透光材料 半导体材料
第三篇 复合材料的增强材料 5 玻璃纤维及其制品 6 碳纤维 7 芳纶纤维 8 填料 第四篇 复合材料各论 9 聚合物基复合材料 10 无机胶凝复合材料
第一篇 绪论 1 复合材料的特性
1.1 引言
材料科学
一门应用性的基础学科。用化学组成 和结构的原理来阐明材料性能的规律性， 进而研究和发展具有指定性能的新材料。
料
根据复材的功能 电功能复合材料
热功能复合材料
光功能复合材料 根据使用目的 结构复合材料
功能复合材料
根据基体材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料
无机非金属基复合材料
碳纤维复合材料
复 合 材
增强纤维的类型 玻璃纤维复合材料 有机纤维复合材料
料
硼纤维复合材料
混杂纤维复合材料
增强物的外形 化学组成
连续纤维增强复合材料 纤维织物或片状纤维 短纤维增强 粒状填料
1.4 复合材料的wenku.baidu.com性
• 聚合物基复合材料（纤维-树脂复合材料 Fiber Reinforced Polymer or Fiber Reinforced Composite）是复合材料中发展最迅速、应用最 广泛的一类复合材料
聚合物基复合材料的特性 强度与密
度之比 1、轻质高强
模量与密 度之比
CM最突出、重要的特点。用比强度，比模量表示。
材料 钢
密度 拉伸强度 弹性模量 比强度 比模量 (g/cm3) (GPa) (×102GPa) (×105cm) (×105cm)
7.8 1.03
2.1
0.13 0.27
铝合金
2.8 0.47
0.75
0.17 0.26
钛合金
4.5 0.96
1.14
0.21 0.25
玻璃纤维复合 材料
2.0
1.06
1.2 复合材料的定义与命名
说明：复合材料(Composite Material，简称CM)
一、CM的定义
广义的定义
CM是指由两种或两种以上的不同材 料，通过一定的工艺复合而成的，性 能优于原单一材料的多相固体材料。
注意：所研究的CM与化合材料、混合材料的区别
多相体系和复合效果是复合材料区别于传 统“混合材料”和“化合材料”的两大特
美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里 尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结 构小巧重量轻而称奇于世。
采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。
在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承 力结构，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种 飞行性能。
2007年6月8日， “阿特兰蒂斯”号 航天飞机在位于美 国佛罗里达州卡纳 维拉尔角的肯尼迪 航天中心发射升空， 飞往国际空间站。
2、可设计性好 复合材料区别于传统材料的根本特点之一
设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要 求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。
具体体现在两个方面
力学设计—— 给制品一定的 强度和刚度
功能设计——给 制品除力学性能 外的其他性能
3、工艺性能好 复合材料的工艺性能十分a、优电越绝，缘其性成能好型，方不法受
比模量：高模量碳纤维/环氧复合材料为钢的5倍，
铝合金的4倍，钛合金的3.5倍
作用：在强度和刚度相同的情况下，结构质量可以减轻，或 尺寸减小。这在节省能源，提高构件的使用性能方面，是 现有其他材料所不能比拟的。
另外：其他基体的复合材料，凡是用作结构材料的，其比强 度，比模量大都比原来单一的基体材料高得多。
♣ 狭义定义： 征
(通常研究的内容) 用纤维增强树脂、金属、无机非金属材 料所得的多相固体材料。
由此可以得出
CM = 增强材料 ＋ 基体材料
二、CM的命名
(1) 强调基体
即强调了基体材 料的种类和特征
(2) 强调增强体 即强调增强材料 的种类和性质
酚醛树脂基复合 材料、铝合金基 复合材料等
碳纤维复合材料、金 属纤维复合材料、玻 璃纤维复合材料等
0.4
0.53 0.20
碳纤维II/环氧 1.45 1.5
1.4
1.03 0.97
碳纤维I/环氧 1.6 1.07
2.4
0.67
1.5
有机纤维/环氧 1.4 1.4
0.8
1.0
0.57
硼纤维/环氧 2.1 1.38
2.1
0.66
1.0
硼纤维/铝 2.65 1.0
2.0
0.38 0.57
由表可见：FRC的密度约为钢的1/5，铝的1/2
复合材料概论
《复合材料学》
周祖福 主编 武汉理工大学出版社
1. 《先进复合材料》鲁云、朱世杰主编， 机械工业出版社
2.《复合材料原理》闻荻江主编，武汉 工业大学出版社
3. 《复合材料聚合物基体》赵玉庭等主 编，武汉理工大学出版社
主要内容
第一篇 绪论 1 复合材料的特性 第二篇 复合材料的基体材料 2 无机胶凝材料 3 聚合物材料 4 其他材料
磁性材料 耐高温材料
按材料的用途
航空材料 包装材料
电工材料 建筑材料 耐烧蚀材料
粒子直径：
0.01~0.1μm，
根据增强原理 弥散增强型 粒子增强型
粒子体积分数： 1%～5%;
纤维增强型
粒子直径：
复 合
复合过程的性质
化学复合的1~复50合μm材，料 物理复合的体复积合分材数料>20%
材
自然复合的复合材料
同质复合
异质复合
进入20世纪70年代，开发了一批如碳纤维、 碳化硅纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高 性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷 为基体，制成先进复合材料(Advanced Composite Materials, 简称ACM)，是用于飞机、火箭、卫星、 飞船等航空航天飞行器的理想材料。