纤维增强复合材料PPT参考课件
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第2章 复合材料的增强材料PPT
5
纤维可分为无机纤维和有机纤维
6
（一） 有机纤维
聚芳酰胺纤维 聚乙烯纤维
1.聚芳酰胺纤维制备
芳纶是分子链上至少含有85%的直接与
两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺经纺丝
所得到的合成纤维。目前，供复合材料作增
强材料最多的是聚对苯二甲酰对苯二胺
（ Poly (P-Phenylene terephthalamide)，
(3) kevlar纤维的结构
kevlar纤维具有优异力学、化学、热 学、电学等性能，而这是与其化学和物理 结构密切关联的。
H
O
C
CN
NC
C
O
H
O
H CN
O NC
芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复 合材料制件。
12
自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量 逐年增加。
其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之 广泛应用到军工和国民经济各个部门。
13
(1)PPTA树脂的合成和kevlar纤维的制备
PPTA聚合物是由严格等摩尔比的高纯度对
苯二甲酰氯或对苯二甲酸和对苯二胺单体
第2章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。
增强材料有时也称作增强体、增强剂等。
1
增强材料共分为三类：
① 纤维及其织物 ② 晶须 ③ 颗粒
2
一、纤维
如，植物纤维－－－棉花、麻类；
动物纤维－－－丝、毛；
矿物纤维－－－石棉。
天然纤维
强度较低，
现代复合材料的增强材料 用合成纤维。
处理得Kevlar纤维
Hale Waihona Puke 17(2) 芳纶纤维的性能特点
纤维可分为无机纤维和有机纤维
6
（一） 有机纤维
聚芳酰胺纤维 聚乙烯纤维
1.聚芳酰胺纤维制备
芳纶是分子链上至少含有85%的直接与
两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺经纺丝
所得到的合成纤维。目前，供复合材料作增
强材料最多的是聚对苯二甲酰对苯二胺
（ Poly (P-Phenylene terephthalamide)，
(3) kevlar纤维的结构
kevlar纤维具有优异力学、化学、热 学、电学等性能，而这是与其化学和物理 结构密切关联的。
H
O
C
CN
NC
C
O
H
O
H CN
O NC
芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复 合材料制件。
12
自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量 逐年增加。
其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之 广泛应用到军工和国民经济各个部门。
13
(1)PPTA树脂的合成和kevlar纤维的制备
PPTA聚合物是由严格等摩尔比的高纯度对
苯二甲酰氯或对苯二甲酸和对苯二胺单体
第2章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。
增强材料有时也称作增强体、增强剂等。
1
增强材料共分为三类：
① 纤维及其织物 ② 晶须 ③ 颗粒
2
一、纤维
如，植物纤维－－－棉花、麻类；
动物纤维－－－丝、毛；
矿物纤维－－－石棉。
天然纤维
强度较低，
现代复合材料的增强材料 用合成纤维。
处理得Kevlar纤维
Hale Waihona Puke 17(2) 芳纶纤维的性能特点
纤维增强材料PPT课件
玻璃纤维是弹性材料，其应力－应变曲线是一条直线。断裂伸长率3％左 右。
-
20
一、物理性能
4. 玻璃纤维的耐磨性和耐扭折性 玻璃纤维的耐磨性与耐折性都很差——玻璃纤维的一大缺点 水份在摩擦和扭折时，在微裂纹中扩展引起的。 必须做适当的表面处理。如用阳离子活性剂处理表面后耐磨性提高200倍。
-
21
一、物理性能
透明的玻璃纤维复合材料以做各种采光材料， 制成导光管成为光导纤维等
-
23
二、化学性能
玻纤的化学稳定性是指它对水、水蒸气、酸、碱、化学试剂等的抵抗能 力，它在很大程度上决定了纤维的使用范围。 玻璃具有很好的化学稳定性，耐酸碱、耐有机溶剂。玻纤的化学稳定性 较好，但比玻璃差很多。
因为玻纤的比表面积比玻璃大很多，如1g,2mm厚的玻璃的表面积5.1cm2， 拉成5µ m的玻纤，其表面积为3100cm2，是玻璃的608倍。
热膨胀系数小，约等于零；
具有吸收雷达波特性；
热导率高，导电性好；
耐酸，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介质浸蚀；
摩擦系数小并具润滑性； -
27
-
28
-
29
-
30
一、国外CF的发展历程
碳纤维是在上世纪50年代末期发展起来。 美苏军事竞赛最激烈的时期，特点是“太空竞赛”、“超常规武器”。 碳纤维的出现解决了很多尖端武器的技术难点：
1. 外观与密度 玻璃纤维是光滑的圆柱体，横断面几乎是完整的圆形。
玻璃纤维的密度为2.4－2.7g/cm3 一般有碱GF：2.4-2.6g/cm3
无碱GF：2.6-2.7g/3 密度比金属小很大，与铝密度相近
-
14
一、物理性能
2. 玻璃纤维的拉伸强度
-
20
一、物理性能
4. 玻璃纤维的耐磨性和耐扭折性 玻璃纤维的耐磨性与耐折性都很差——玻璃纤维的一大缺点 水份在摩擦和扭折时，在微裂纹中扩展引起的。 必须做适当的表面处理。如用阳离子活性剂处理表面后耐磨性提高200倍。
-
21
一、物理性能
透明的玻璃纤维复合材料以做各种采光材料， 制成导光管成为光导纤维等
-
23
二、化学性能
玻纤的化学稳定性是指它对水、水蒸气、酸、碱、化学试剂等的抵抗能 力，它在很大程度上决定了纤维的使用范围。 玻璃具有很好的化学稳定性，耐酸碱、耐有机溶剂。玻纤的化学稳定性 较好，但比玻璃差很多。
因为玻纤的比表面积比玻璃大很多，如1g,2mm厚的玻璃的表面积5.1cm2， 拉成5µ m的玻纤，其表面积为3100cm2，是玻璃的608倍。
热膨胀系数小，约等于零；
具有吸收雷达波特性；
热导率高，导电性好；
耐酸，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介质浸蚀；
摩擦系数小并具润滑性； -
27
-
28
-
29
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30
一、国外CF的发展历程
碳纤维是在上世纪50年代末期发展起来。 美苏军事竞赛最激烈的时期，特点是“太空竞赛”、“超常规武器”。 碳纤维的出现解决了很多尖端武器的技术难点：
1. 外观与密度 玻璃纤维是光滑的圆柱体，横断面几乎是完整的圆形。
玻璃纤维的密度为2.4－2.7g/cm3 一般有碱GF：2.4-2.6g/cm3
无碱GF：2.6-2.7g/3 密度比金属小很大，与铝密度相近
-
14
一、物理性能
2. 玻璃纤维的拉伸强度
纤维增强复合材料
基体材料的改性
通过添加填料、改性剂等对基体材料进行改性，改善基体材料的性能，提高复合 材料的综合性能。
界面设计与优化
界面设计原则
设计良好的界面结构，确保纤维与基体材料之间有足够的粘 结力和剪切力，提高复合材料的力学性能。
界面优化技术
采用涂层技术、表面处理等方法对界面进行优化，改善界面 相容性，提高复合材料的整体性能。
纤维浸润
预浸料制备
将浸润后的纤维进行连续化或裁剪， 制备成一定规格的预浸料。
将纤维（如玻璃纤维、碳纤维等）浸 入树脂中，使纤维表面均匀涂覆树脂。
纤维铺层与成型
01
02
03
铺层设计
根据产品结构和性能要求， 进行铺层设计，确定纤维 的铺设方向、层数和顺序。
定位与固定
将预浸料按照设计要求铺 设在模具上，并进行定位 和固定，确保纤维位置准 确。
通过改进生产工艺和设备， 降低生产成本，提高生产 效率。
原材料国产化
推动原材料的国产化进程， 降低原材料成本，提高供 应链的稳定性。
规模化生产
通过扩大生产规模，实现 规模经济效应，降低单位 产品的成本。
环境友好性与可持续发展
环保生产工艺
采用环保型的生产工艺和设备， 降低生产过程中的环境污染。
可循环利用
认证与评价机制
建立认证和评价机制，对复合材料的质量和性能进行评估和认证， 提高市场竞争力。
05 纤维增强复合材料的应用 案例
航空航天领域的应用
飞机结构
纤维增强复合材料因其高强度、轻质和耐腐蚀的特性，广泛应用于 飞机结构，如机翼、尾翼和机身。
航天器结构
在航天器设计中，纤维增强复合材料用于制造卫星平台、火箭发动 机壳体和航天飞机隔热罩。
通过添加填料、改性剂等对基体材料进行改性，改善基体材料的性能，提高复合 材料的综合性能。
界面设计与优化
界面设计原则
设计良好的界面结构，确保纤维与基体材料之间有足够的粘 结力和剪切力，提高复合材料的力学性能。
界面优化技术
采用涂层技术、表面处理等方法对界面进行优化，改善界面 相容性，提高复合材料的整体性能。
纤维浸润
预浸料制备
将浸润后的纤维进行连续化或裁剪， 制备成一定规格的预浸料。
将纤维（如玻璃纤维、碳纤维等）浸 入树脂中，使纤维表面均匀涂覆树脂。
纤维铺层与成型
01
02
03
铺层设计
根据产品结构和性能要求， 进行铺层设计，确定纤维 的铺设方向、层数和顺序。
定位与固定
将预浸料按照设计要求铺 设在模具上，并进行定位 和固定，确保纤维位置准 确。
通过改进生产工艺和设备， 降低生产成本，提高生产 效率。
原材料国产化
推动原材料的国产化进程， 降低原材料成本，提高供 应链的稳定性。
规模化生产
通过扩大生产规模，实现 规模经济效应，降低单位 产品的成本。
环境友好性与可持续发展
环保生产工艺
采用环保型的生产工艺和设备， 降低生产过程中的环境污染。
可循环利用
认证与评价机制
建立认证和评价机制，对复合材料的质量和性能进行评估和认证， 提高市场竞争力。
05 纤维增强复合材料的应用 案例
航空航天领域的应用
飞机结构
纤维增强复合材料因其高强度、轻质和耐腐蚀的特性，广泛应用于 飞机结构，如机翼、尾翼和机身。
航天器结构
在航天器设计中，纤维增强复合材料用于制造卫星平台、火箭发动 机壳体和航天飞机隔热罩。
复合材料与设计之增强纤维课件下载(PPT99张)
3.5
72
4.7
87
3.7
118
强度 (GPa） 模量 (GPa）
0.3-0.7
10-12
0.1-0.3
0.6
0.02-0.12
——
3.5
72
42-46
3.2.3. 玻璃纤维 的生成流程
坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝
(1) 坩埚法拉丝工艺 →制玻璃球 →铂金坩埚熔融 →小漏孔拉丝 （102、204、408孔） →涂浸润剂 →并股成纱 →纺织成布、毡或带。
强度(GPa) 模量(GPa) 密度（g/cm3) MP（℃）
3.45 4.82 1.9-3.5 2.8 4.1 5.5 2.8 3.4 0.6 2.8
72 85 300-500 132 69 280 150 160 71 200
2.54 2.49 1.8 1.44 1.4 1.58 1.3 0.98 2.68 7.81
气相氧化：空气、O3、SO3、NO2等气氛中氧化 液相氧化：HNO3、H2SO4、HCl、H2O2等氧化性液体中处理 部分聚合物理论强度和模量与实际值的比较
镁铝硅酸盐玻璃的主要成分为(质量％)：SiO2：65％，Al2O3：25％，MgO：10％。
以SiO2为主的称硅酸盐玻璃；以B2O3为主的称硼酸盐玻 璃。
络空间由Na、K、Ca、 2)由于分子结构中长碳链基团的存在，可改进热塑性塑料的抗冲强度，提高润滑性能，同时还有很好的增塑效应。
这种纤维能耐1700 ℃以上高温，但纤维强度低，只为无碱玻璃纤维的20％~50％。
Mg等金属阳离子所填充。 ③ 通过选择合适的上浆剂，可达到改善CF表面性能，提高CM层间剪切强度的目的。
通常碱金属氧化物含量高时，玻璃易熔易抽丝，产品成本 低，这种玻璃纤维的特点是耐海水腐蚀性好，可供一般要求使 用。民用建筑中多使用低碱或中碱玻纤维，电器及军工产品都 选用无碱玻璃纤维。
第4章 纤维增强水泥基复合材料ppt课件
/ %
强
220
度
提
180
高
140
抗拉强度 抗弯强度
100
0.1 1
2 2.5
钢纤维掺量与钢纤维混凝土强度关系p图pt精选版
钢纤维含量 / %
12
ppt精选版
13
ppt精选版
14
（3）钢纤维混凝土的原材料
钢纤维混凝土的生产原料主要有水泥、细集料（砂 子）、粗集料（碎石子）、水、减水剂、速凝剂和 钢纤维等。
加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增大，出现第二个放热 峰。在达到峰顶时本阶段即告结束（4~8h），此时终凝时间已过， 水泥石开始硬化。
减速期：水化衰减期，反应速率随时间下降的阶段（12~24h），水 化作用逐渐受扩散速率控制。
稳定期：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化完全受扩散 速率控制。
ppt精选版
44
双枪式和单枪式喷枪
ppt精选版
45
4.3.3.2 GRC复合材料的养护
（1）室温自然养护。水泥基复合材料的固化要求有足够的水分， 在养护过程中要不断补充水分。供水方法多采用蓄水、喷水和洒水 等方法，大多数企业在制品上铺层麻袋或草袋，不断向麻袋和草袋 上浇水。自然或室温的养护温度要保持在15℃以下。
ppt精选版
减水剂是一种在 维持混凝土坍落 度不变的条件下， 能减少拌合用水 量的混凝土外加 剂。
速凝
15
① 水泥
水泥是一种人造矿物质粉状胶凝材料，加水形成 塑性浆体，在空气和水中都可固化，固化的水泥能将砂、 石、钢纤维牢固胶结在一起，是一种水硬性胶凝材料。 水泥可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。
普通硅酸盐水泥。
ppt精选版
复合材料的增强体纤维PPT课件
第一次飞跃
东丽公司发明的聚合催化环化原纤维，改革了传统的 炭化工艺，缩短了生产周期提高了质量。
第二次飞跃 39
第三十九页，共98页。
2）. 碳纤维的制造
➢ 碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料， 采用间接方法来制造。 ➢碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)， 根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧 化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，
1909年，将碳在惰性气体中加热到2300度，获得
了石墨纤维。
1910年， 钨灯丝的发明，使碳纤维的研究停滞。
37
第三十七页，共98页。
1959年日本工业技术大阪工业实验所近藤召南以聚 丙烯腈为原料制得碳纤维，1969年日本炭素公司实现低模量 聚丙烯脂基碳纤维(Polyacry lontrile--based carbon firber， PANCF)的工业化生产;
22
第二十二页，共98页。
高强玻璃纤维
纤维特性
高模量玻璃纤维
耐碱玻璃纤维
耐酸玻璃纤维
普通玻璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维)
23
第二十三页，共98页。
4). 玻璃纤维的性能
玻璃纤维具有一系列优良性能，拉伸强度高，防火、 防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。
玻璃纤维的缺点是具有脆性，不耐腐，对人的皮 肤有刺激性等。
1963年日本群马大学大谷杉郎教授以石油沥青为原料 制成碳纤维，1970年日本昊羽化学公司实现工业化生产。
38
第三十八页，共98页。
1964年英国航空材料研究所(Royal Aircraft Establishment，RAE)开发出高模量聚丙烯脂基碳纤维 （高温牵伸技术）；
东丽公司发明的聚合催化环化原纤维，改革了传统的 炭化工艺，缩短了生产周期提高了质量。
第二次飞跃 39
第三十九页，共98页。
2）. 碳纤维的制造
➢ 碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料， 采用间接方法来制造。 ➢碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)， 根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧 化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，
1909年，将碳在惰性气体中加热到2300度，获得
了石墨纤维。
1910年， 钨灯丝的发明，使碳纤维的研究停滞。
37
第三十七页，共98页。
1959年日本工业技术大阪工业实验所近藤召南以聚 丙烯腈为原料制得碳纤维，1969年日本炭素公司实现低模量 聚丙烯脂基碳纤维(Polyacry lontrile--based carbon firber， PANCF)的工业化生产;
22
第二十二页，共98页。
高强玻璃纤维
纤维特性
高模量玻璃纤维
耐碱玻璃纤维
耐酸玻璃纤维
普通玻璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维)
23
第二十三页，共98页。
4). 玻璃纤维的性能
玻璃纤维具有一系列优良性能，拉伸强度高，防火、 防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等。
玻璃纤维的缺点是具有脆性，不耐腐，对人的皮 肤有刺激性等。
1963年日本群马大学大谷杉郎教授以石油沥青为原料 制成碳纤维，1970年日本昊羽化学公司实现工业化生产。
38
第三十八页，共98页。
1964年英国航空材料研究所(Royal Aircraft Establishment，RAE)开发出高模量聚丙烯脂基碳纤维 （高温牵伸技术）；
玻璃纤维增强塑料ppt课件
玻璃纤维增强塑料简介
学习交流PPT
1
什么是“玻璃纤维增强塑料”？
玻璃纤维增强树脂基复合材料，是一种塑料， 俗称玻璃钢 。
= + 玻璃钢
树脂
玻璃纤维
学习交流PPT
2
玻璃钢发展历史
时间 1932年 1940年 1944年 1945年 1946年 1949年 1950年 60年代 1961年 1963年 70年代 1972年 80年代
学习交流PPT
16
学习交流PPT
17
学习交流PPT
18
•1.简述液晶显示工作原理？
作业
•答：将液晶置于电场中时，其分子排列将发生变化相应地也会出现光学上的变化，利用这种特性可制成 显示装置。
•2.常用的磁性材料有哪些？有什么用途？
•答：磁性材料的分类，性能特点和用途：
• 1、永磁材料 一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方 向的磁性。相对于软磁材料而言,它亦称为硬磁材料。
器（固定式或电调式）、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展中的磁表
面波和静磁波器件。
•5、压磁材料 这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变，故又称磁致伸缩材料，它的功能是 作磁声或磁力能量的转换。常用于超声波发生器的振动头、通信机的机械滤波器和电脉冲信号延迟线等。
学习交流PPT
事件 在美国出现树脂基复合材料 手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的雷达罩 美国莱特空军发展中心利用玻璃钢制造的小型飞机试飞成功
二战期间扩展到民用 纤维缠绕成型技术在美国出现，为玻璃钢压力容器的制造提供了技术储备
玻璃纤维预混料研制成功 真空袋压成型工艺研究成功 玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用 片状模塑料(SMC)在法国问世 在美、法、日开始了玻璃纤维复合材料规模化生产 树脂反应注射成型(RIM和RRIM)技术研究成功 美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术
学习交流PPT
1
什么是“玻璃纤维增强塑料”？
玻璃纤维增强树脂基复合材料，是一种塑料， 俗称玻璃钢 。
= + 玻璃钢
树脂
玻璃纤维
学习交流PPT
2
玻璃钢发展历史
时间 1932年 1940年 1944年 1945年 1946年 1949年 1950年 60年代 1961年 1963年 70年代 1972年 80年代
学习交流PPT
16
学习交流PPT
17
学习交流PPT
18
•1.简述液晶显示工作原理？
作业
•答：将液晶置于电场中时，其分子排列将发生变化相应地也会出现光学上的变化，利用这种特性可制成 显示装置。
•2.常用的磁性材料有哪些？有什么用途？
•答：磁性材料的分类，性能特点和用途：
• 1、永磁材料 一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方 向的磁性。相对于软磁材料而言,它亦称为硬磁材料。
器（固定式或电调式）、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展中的磁表
面波和静磁波器件。
•5、压磁材料 这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变，故又称磁致伸缩材料，它的功能是 作磁声或磁力能量的转换。常用于超声波发生器的振动头、通信机的机械滤波器和电脉冲信号延迟线等。
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事件 在美国出现树脂基复合材料 手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的雷达罩 美国莱特空军发展中心利用玻璃钢制造的小型飞机试飞成功
二战期间扩展到民用 纤维缠绕成型技术在美国出现，为玻璃钢压力容器的制造提供了技术储备
玻璃纤维预混料研制成功 真空袋压成型工艺研究成功 玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用 片状模塑料(SMC)在法国问世 在美、法、日开始了玻璃纤维复合材料规模化生产 树脂反应注射成型(RIM和RRIM)技术研究成功 美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术
纤维增强复合材料PPT课件
CHENLI
18
• 各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟
广泛的应用 金属基复合材料
开发阶段 某些结构件的关键部位 陶瓷基复合材料及功能复合材料等
尚处于研究阶段 有不少科学技术问题有待解决
CHENLI
19
复合材料的设计－－从常规设计向仿生设计发展
• 仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制 备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合 材料。
• 仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、 铝和硼混合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的 层状复合材料比其原材料坚固40％。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
CHENLI
8
基体和增强材料
Matrix and Reinforcement
• 基体——连续相 • 增强材料——分散相
– 也称为增强体、增强剂、增强相等 – 显著增强材料的性能 – 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 – 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
• 在基体和增强体之间存在着界面。
• 单靠金属与合金难以具有优良的综合物理性能，而要 靠优化设计和先进制造技术将金属与增强物做成复合 材料来满足需求。
• 主要的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、 铅、锌等金属。
CHENLI
Chapter 9 Composites
复合材料
CHENLI
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
碳纤维及其复合材料讲解 ppt课件
➢ 碳纤维制造工艺
1、聚丙烯腈PAN配液->纺丝（湿法/干喷湿纺） ->表面处理->收丝（PAN原丝）
2.
➢ 树脂基复合材料（CFRP/CFRTP)
1、基体树脂CFRP：环氧树脂EP、双马酰亚胺树脂BMI、 热固聚酯亚胺PI、氰酸脂.
2.CFRTP热塑性树脂:聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚醚砜主要 生产预浸带料。
总结
➢ 碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、高刚度、抗疲 劳和耐腐蚀等优异性能。为了解决全球气候变暖、温室气 体排放的环境问题,碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电 叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域 的应用将推动节能减排的实现。碳纤维复合材料的使用实 现了材料的轻量化,从而达到了节能减排的目的,碳纤维复合 材料在这些领域的实际应用代表了其技术的成熟度和水平。 随着国产化碳纤维制造关键技术的成熟,通过突破碳纤维复 合材料的低成本制造技术,实现国产碳纤维复合材料在节能 减排方面的应用是现实的。
CARBON FIBER AND ITS COMPOSITE MATERIALS
碳 纤维及其复合材料
张慧 冯浩辉 车腾伟
19 60
用当爱源世 的时迪于界 是的生 上 碳白发世最 纤炽明纪早 维灯电 的 。灯灯年碳
丝的代纤 时，维 期，
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
(2) C/C 复合材料
它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成， 主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。
这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐 磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。在高温 环境中，强度高、不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体 火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。
复合材料的增强体有机纤维PPT课件
CH3 SiCl3 + H2 SiC + HCl + ••• 烧结法：1975年由日本的关岛教授首先研制成功。纤维呈束状，每束500根左右，每根纤维 10 um 左 右。先驱体转化法制备碳化硅纤维工艺流程：聚碳硅烷合成、聚碳硅烷纺丝、不熔化处理、烧结等阶 段。
39
碳化硅纤维的主要生产国是美、日两国。 美国Texton公司是碳化硅单丝的主要生产厂。碳化硅纤维的系列产品是SCS2，SCS6等，并研究发展 碳化硅纤维增强铝、钛基复合材料。
军事领域。
应用实例：轰炸机、战斗机的水平尾翼。硼纤维增强铝基时一般带有碳化硅 涂层，以避免硼纤维与铝、镁等基体之间产生有害的界面反应；硼纤维增强 钛时一般带有B4C涂层，基体常用Ti-6Al-4V合金。
15
5.氧化铝纤维
以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维( Aluminia Fibre, AF或( Al2O3 )f )。
图3.4 硼纤维的表面形貌和断口形貌
8
（2）硼纤维的结构 硼纤维的无定形结构实际上是晶粒直径为2纳米的微晶结构（主要是β—菱 形六面体），β—菱形六面体的晶胞结构的基本单元是一组由12个原子构成 的二十面体。 在钨丝表面形成沉积的硼时往往在界面上有硼化钨化合物的形成，这主要是 硼在钨丝表面扩散形成的。
5
4.2 硼纤维的制造
制备工艺： CVD法制备硼纤维，是以氢气为还原剂，从三卤化硼中还原出硼并沉积在 炙热的芯材上，所需温度约为1160oC。
2BX3 + 3H2 2B + 6HX 上式中，X为卤素原子（Cl、Br、I）。 硼纤维的直径有100μm、140μm、200μm几种。
6
4.3 硼纤维的组织结构
行涂层制备，包括：BN、SiC、B4C等。
39
碳化硅纤维的主要生产国是美、日两国。 美国Texton公司是碳化硅单丝的主要生产厂。碳化硅纤维的系列产品是SCS2，SCS6等，并研究发展 碳化硅纤维增强铝、钛基复合材料。
军事领域。
应用实例：轰炸机、战斗机的水平尾翼。硼纤维增强铝基时一般带有碳化硅 涂层，以避免硼纤维与铝、镁等基体之间产生有害的界面反应；硼纤维增强 钛时一般带有B4C涂层，基体常用Ti-6Al-4V合金。
15
5.氧化铝纤维
以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维( Aluminia Fibre, AF或( Al2O3 )f )。
图3.4 硼纤维的表面形貌和断口形貌
8
（2）硼纤维的结构 硼纤维的无定形结构实际上是晶粒直径为2纳米的微晶结构（主要是β—菱 形六面体），β—菱形六面体的晶胞结构的基本单元是一组由12个原子构成 的二十面体。 在钨丝表面形成沉积的硼时往往在界面上有硼化钨化合物的形成，这主要是 硼在钨丝表面扩散形成的。
5
4.2 硼纤维的制造
制备工艺： CVD法制备硼纤维，是以氢气为还原剂，从三卤化硼中还原出硼并沉积在 炙热的芯材上，所需温度约为1160oC。
2BX3 + 3H2 2B + 6HX 上式中，X为卤素原子（Cl、Br、I）。 硼纤维的直径有100μm、140μm、200μm几种。
6
4.3 硼纤维的组织结构
行涂层制备，包括：BN、SiC、B4C等。
[正式版]碳纤维增强复合材料ppt资料
![[正式版]碳纤维增强复合材料ppt资料](https://img.taocdn.com/s3/m/f7b0d9e8cc17552706220839.png)
纤维缠绕成型的主要特点是， 纤维能保持连续完整，制件线形可 按制品受力情况设计即可按性能要 求配置增强材料，结构效率高，制 品强度高；可连续化、机械化生产， 生产周期短，劳动强度小；产品不 需机械加工，但设备复杂。
拉挤成型
拉挤成型是一种连续生产固定截面 型材的成型方法。主要过程是将浸有树 脂的纤维连续通过一定型面的加热口模， 挤出多余树脂，在牵引条件下进行固化。
性能对比
碳纤维力学性能
加工成型方法
• 喷射成型 • 注射成型 • 纤维缠绕成型 • 拉挤成型
喷射成型
喷射成型是通过喷枪将短切纤维和雾化树 、 、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料。
RIM的基本原理是将两种反应物(高活性的液状单体或齐聚物)精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内迅速发生聚
出色的耐热性(可以耐受电2000力℃以是上的高国温) 家能源的重中之重，作为典型的 清洁能源，核电具有很多优势，实现核电清 高强度（是钢铁的5倍）
当前，汽车工业正面临资源和环境的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，是汽车工业发展的主题。 另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使击球时间延长,球被击得更远
拉挤成型的最大特点是连续成型， 制品长度不受限制，力学性能尤其是纵 向力学性能突出，结构效率高，制造成 本低，自动化程度高，制品性能稳定， 生产效率高， 原材料利用率高，不需要 辅助材料
碳纤维复合材料的应用
• 在体育方面的应用 • 在航天领域的应用 • 在石油开发中的应用 • 在核电站中的应用 • 在电动汽车上的应用
料不同的是，其外
形有显著的各向
异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现
出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强
拉挤成型
拉挤成型是一种连续生产固定截面 型材的成型方法。主要过程是将浸有树 脂的纤维连续通过一定型面的加热口模， 挤出多余树脂，在牵引条件下进行固化。
性能对比
碳纤维力学性能
加工成型方法
• 喷射成型 • 注射成型 • 纤维缠绕成型 • 拉挤成型
喷射成型
喷射成型是通过喷枪将短切纤维和雾化树 、 、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料。
RIM的基本原理是将两种反应物(高活性的液状单体或齐聚物)精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内迅速发生聚
出色的耐热性(可以耐受电2000力℃以是上的高国温) 家能源的重中之重，作为典型的 清洁能源，核电具有很多优势，实现核电清 高强度（是钢铁的5倍）
当前，汽车工业正面临资源和环境的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，是汽车工业发展的主题。 另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使击球时间延长,球被击得更远
拉挤成型的最大特点是连续成型， 制品长度不受限制，力学性能尤其是纵 向力学性能突出，结构效率高，制造成 本低，自动化程度高，制品性能稳定， 生产效率高， 原材料利用率高，不需要 辅助材料
碳纤维复合材料的应用
• 在体育方面的应用 • 在航天领域的应用 • 在石油开发中的应用 • 在核电站中的应用 • 在电动汽车上的应用
料不同的是，其外
形有显著的各向
异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现
出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强
第七章织物增强复合材料的弹性特征汇总ppt课件
轴与x轴夹角为(x)，则有
x
arctan
dh1x
dx
（7.3）
微段dx中的纬纱可以看做单向复合材料，其材料的三个主
方向1，2，3和坐标系的 x ，y，z一致。由于单胞中有纯基体
部分，因此，单向复合材料的纤维体积分数不等于单胞的体 积分数。
根据纬纱在材料主方向的拉伸弹性模量E1，E2，E3= E2，
a1 ij
x dx
（7.9）
bijc
1
2 ng
bij
2 ang
b aa2 ij x dx 1
（7.10）
dicj
1
2au ang
dij
2 ang
d aa2 ij x dx 1
（7.11）
对
aicj ，bijc
和
d
c ij
求逆便可得到纤维束弯曲单胞模型的刚度系数
Aicj ，Bicj 和 Dicj
式中，
Dv
1
F yx
2
ExF
/
E
F y
微段中经纱为单向复合材料的垂直断面，是各向同性的，
其刚度系数为
E2 / 1 223
Qiwj
E2
23
/
1 223
0
ExF
v
F yx
/
Dv
E2 / 1 223
0
0
0
i, j 1, 2, 6
E2 /21 23
（7.6）
微段中h–ht部分是纯基体，其刚度系数QiMj 的形式类似于式 （7.6）。于是，单胞 0 x a / 2 部分中微段的刚度系数是坐
（7.17）
式中，
Q11
E cos4
x
arctan
dh1x
dx
（7.3）
微段dx中的纬纱可以看做单向复合材料，其材料的三个主
方向1，2，3和坐标系的 x ，y，z一致。由于单胞中有纯基体
部分，因此，单向复合材料的纤维体积分数不等于单胞的体 积分数。
根据纬纱在材料主方向的拉伸弹性模量E1，E2，E3= E2，
a1 ij
x dx
（7.9）
bijc
1
2 ng
bij
2 ang
b aa2 ij x dx 1
（7.10）
dicj
1
2au ang
dij
2 ang
d aa2 ij x dx 1
（7.11）
对
aicj ，bijc
和
d
c ij
求逆便可得到纤维束弯曲单胞模型的刚度系数
Aicj ，Bicj 和 Dicj
式中，
Dv
1
F yx
2
ExF
/
E
F y
微段中经纱为单向复合材料的垂直断面，是各向同性的，
其刚度系数为
E2 / 1 223
Qiwj
E2
23
/
1 223
0
ExF
v
F yx
/
Dv
E2 / 1 223
0
0
0
i, j 1, 2, 6
E2 /21 23
（7.6）
微段中h–ht部分是纯基体，其刚度系数QiMj 的形式类似于式 （7.6）。于是，单胞 0 x a / 2 部分中微段的刚度系数是坐
（7.17）
式中，
Q11
E cos4
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有机高分子材料
金 金属纤维 纤维/金属基复合材料
属 材
金属晶须
晶须/金属基复合材料
料 金属片材
钢丝/水泥复合材料 晶须/陶瓷基复合材料
增强橡胶 金属/塑料板
纤维 纤维/金属基复合材料 纤维/陶瓷基复合材料
无 机 非
陶 瓷
晶须
颗粒
晶须/金属基复合材料 弥散强化合金材料
晶须/陶瓷基复合材料
粒子填充塑料
金 玻 纤维
则、增韧机制和界面作用； • 了解复合材料的成型工艺。
3
参考书目
• 王荣国 主编，复合材料概论，哈尔滨工业大学 出版社，1999
• 闻荻江主编，复合材料原理，武汉理工大学出 版社，1998
• 鲁云，先进复合材料，机械工业出版社，2004 • ASM International, Engineered materials
2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中； 3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为
增强材料与基体复合而成。
其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体
13
Classes of composites
14
纤维增强复合材料种类
① 玻璃纤维复合材料； ② 碳纤维复合材料； ③ 有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤 维等）复合材料； ④ 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； ⑤ 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。
7
• 复合材料的特点：
• 1） 复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组 元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之 间存在着明显的界面；
• 2） 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特殊性能；
• 3）复合材料具有可设计性。可以根据使用条件要求进 行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提 高工程结构的效能。
handbook, Composites, Vol.1, Metals, Park, 1987
4
9.1 复合材料概述
• 三大材料：
金属
–金属
材料
–无机非金属 –有机高分子
• 复合材料–取长补短复合材无机有机
非金属 料 高分子
材料
材料
–协同作用
–产生原来单一材料没有本身所没有的新性能
5
复合材料的定义
混杂复合材料：
•两种或两种以上增强体与同一基体制成的复合材料 •可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合， 即复合材料的“复合材料”。
15
按基体材料分类
① 聚合物基复合材料:以有机聚合物（热固性树脂、热塑性 树脂及橡胶等）为基体；
② 金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体； ③ 无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水
11
近现代：
• 第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料 • 第二代：1960年到1980年，先进复合材料
1965年英国科学家研制出碳纤维 1971年美国杜邦公司开发出开芙拉-49 1975年先进复合材料“碳纤维增强、及开芙拉纤维增强 环氧树脂复合材料” 用于飞机、火箭的主承力件上。 • 第三代：1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合材料
8
基体和增强材料
Matrix and Reinforcement • 基体——连续相 • 增强材料——分散相
– 也称为增强体、增强剂、增强相等 – 显著增强材料的性能 – 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 – 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
• 在基体和增强体之间存在着界面。
泥）为基体。
16
按材料作用分类
① 结构复合材料：用于制造受力构件； ② 功能复合材料：具备各种特殊性能（如阻尼、
导电、导磁、摩擦、屏蔽等）。
• 同质复合材料（增强材料和基体材料属于同 种物质，如碳/碳复合材料）
• 异质复合材料（复合材料多属此类）。
17
复合材料系统组合
分散相
金属材料
连续相 无机非金属材料
Chapter 9 Composites
复合材料
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
2
学习目的
• 掌握复合材料的特点； • 了解复合材料中基体和增强相的种类、
特点和要求； • 理解复合材料的复合原理，包括混合法
9
Schematic illustration of composite constituents
10
复合材料历史
• 古代－近代－先进复合材料 • 天然复合材料
– 竹、贝壳，树木和竹子： 纤维素和木质素的复合体 – 动物骨骼： 无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成
• 古代：使用 、效仿
– 半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今 – 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 – 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆
以铝基复合材料的应用最为广泛。 • 第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料，
如智能复合材料和梯度功能材料等。
12
9.2 复合材料的分类
按增强材料形态分类
1、纤维增强复合材料： a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都 位于复合材料的边界处； b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基 体材料中；
• 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
• 《材料大词典》 ：复合材料是根据应用进行设计， 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，使其性能互补，从而制 成的一类新型材料。
6
• 《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，从而获得更优秀的性能， 与一般材料的简单混合有本质区别。
属 材
璃 颗粒
纤维/树脂基复合材料
料
纤维 碳纤维/金属基复合材料 碳纤维/陶瓷基复合材料 碳纤维/树脂基复合材料
碳
炭黑
颗粒/橡胶；颗粒/树脂基
有机 高分 子材
料
有机纤维 塑料 橡胶
金属/塑料
纤维/树脂基复合材料
18
• 各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟