纤维增强复合材料PPT参考课件
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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
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
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Classes of composites
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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。
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• 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。
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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。
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。
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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；
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
Fra Baidu bibliotek
复合材料的定义
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
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
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
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
• 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。
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• 《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。
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
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
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
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• 各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟
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
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
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Classes of composites
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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。
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• 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。
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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。
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；
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
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Fra Baidu bibliotek
复合材料的定义
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
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）。
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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
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
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
• 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。
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
Chapter 9 Composites
复合材料
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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
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