复合材料

何谓复合材料？如何命名（试举例说明）？

由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质（通过复合工艺）组合而成的一种多相固体材料。

根据增强材料与基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。

Eg: 玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为“玻璃纤维环氧树脂”复合材料；也可称“玻璃/环氧复合材料”，或玻璃纤维复合材料；环氧树脂复合材料。

复合材料：土坯墙，燕窝，轮胎

.复合材料的共同特点是什么？

（1）综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。

玻璃/环氧树脂复合材料具有钢的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能

（2）可按对材料的性能要求进行材料的设计和制造。

针对某种介质耐腐蚀性能的设计

（3）可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。

可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序

按增强纤维成分分类复合材料可分为哪几种？

（1）玻璃纤维复合材料

（2）碳纤维复合材料

（3）有机纤维（芳香族聚酰亚胺树脂、芳香族聚脂纤维、高强度聚烯烃纤维）复合材料

（4）金属纤维（如钨丝，不锈钢丝）复合材料

（5）陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维）复合材料

金属基复合材料基体选择的原则是什么？

（1）金属基复合材料的使用要求

（2）金属基复合材料的组成特点

（3）基体金属与增强物的相容性

无机胶凝材料主要包括哪几种？

无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土(MgO)和水玻璃等。

聚合物基复合材料中常用的聚合物基体有哪几种？聚合物基体的作用是什么？

（1）种类

不饱和聚酯树脂；环氧树脂；酚醛树脂及各种热塑性聚合物

3）聚合物基体的作用

三种作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。玻璃纤维的性能特点？

1）外观和比重

表面呈光滑圆柱，横断面为完整圆形。

密度：2.16~4.30g/cm3,大于有机纤维，小于金属，与铝接近。

（2）表面积大

（3）力学性能

拉伸强度高：较一般合成纤维高约10倍，是合金钢的2倍

▪玻璃纤维的弹性与塑性

（a）延伸率比其他有机纤维的延伸率低，一般为3%左右。

（b）玻璃纤维的弹性模量约为7×104MPa，与铝相当，是钢的1/3。

4）玻璃纤维耐磨性与耐折性

性能都很差，采用表面处理，提高耐磨性。

（5）玻璃纤维的热性能

导热性

导热系数低，是优良的绝热材料，

当纤维受潮时，导热系数升高，绝热性降低。

耐热性（取决于化学成分）

a. 钠钙玻璃纤维加热到470 ℃之前，强度变化不大；

b.石英和高硅氧玻璃纤维耐热性达2000℃以上。

c.玻璃纤维加热到250℃以上再冷却（热处理），强度下

降；

加热温度越高，强度下降越显著

6）玻璃纤维的电性能

导电性取决于化学组成、温度和湿度。

无碱纤维的电绝缘性能比有碱纤维优越，电阻率随温度升高而下降，碱金属离子越多，电绝缘性差。

（7）玻璃纤维的光学性能

玻璃纤维有优良的光学性能。(光纤)

有哪几种特种玻璃纤维？

1）高强度玻璃纤维（镁铝硅酸盐和硼硅酸盐两种）

（2）高模量玻璃纤维（SiO2、CaO、MgO、BeO、ZrO2、TiO2、Li2O、Fe2O3以一定比例组成。)

（3）耐高温玻璃纤维(石英纤维；高硅氧玻璃纤维；铝硅酸盐玻璃纤维）（4）空心玻璃纤维（铝硼硅酸盐）

碳纤维的性能特点？

1）力学性能

断裂伸长小，不发生屈服。

轴向分子间的结合力比石墨大，抗张强度（即抗拉强度）和模量都明显高于石墨，

径向分子间作用力弱，抗压性能较差，

轴向抗压强度仅为抗张强度的10~30%。

2）物理性能

▪比重1.5~2.5；

▪热膨胀系数具有各向异性，

平行纤维方向是负值，

垂直纤维方向是正值；

▪导热率有方向性，

平行于纤维轴方向是0.04卡/秒·厘米·度，

垂直于纤维轴方向为0.002卡/秒·厘米·度。导热率随温度升高而下降。▪碳纤维的比电阻与纤维的类型有关。

3）化学性能

▪除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。

▪在不接触空气或氧化气氛时，具有突出的耐热性，在高于1500 ℃强度才开始下降。

▪良好的耐低温性能

如在液氮温度下也不脆化,还耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等。

1.叙述芳纶纤维的性能特点？

1）力学性能

▪纵向强度高，横向强度低，压缩及剪切性能差。

单丝拉伸强度达3773MPa,254mm长的纤维束拉伸强度为2744MPa,大约为铝的5倍。

▪冲击性能好：约为石墨的6倍，为玻璃纤维的0.8倍。

▪弹性模量高：比玻璃纤维高1倍，为碳纤维的0.8倍。

▪断裂伸长率：3%左右，接近玻璃纤维，高于其它纤维。

▪比重：1.44~1.45，铝的一半，具有高比强度、比模量。

2）热稳定性好

良好的热稳定性，耐火而不熔，温度达487℃时不熔化，但开始碳化。高温下直至分解不发生变形。

低温不发生脆化，亦不发生降解。

热膨胀系数和碳纤维一样，各向异性，纵向是负值，横向是正值。

3）化学稳定性

良好的耐介质性能。

对中性化学药品的抵抗能力很强，但易受各种酸碱侵蚀，尤其是强酸；

耐水性也不好。

根据基体种类不同，可将玻璃钢分成哪三类？

（1）玻璃纤维增强/环氧树脂是GFRP中综合性能最好的一种；

（2）玻璃纤维增强/酚醛树脂耐热性最好。

200℃长期使用，

1000℃短期使用。

（3）玻璃纤维增强/聚脂树脂加工性能好，透光性好。

高强度高模量纤维增强塑料所形成的各种复合材料有何性能特点？其应用

如何?

共同特点：

（1）比重轻，强度高，模量高，低的热膨胀系数。

（2）加工工艺简单。

（3）价格昂贵。

1）碳纤维增强塑料

强度、刚度、耐热性均好（12000℃经受10秒，不变化）

★用于制造火箭的壳体和人造卫星的机架、壳体。

★制造宇宙飞船的部件，飞行器的外壳。表面温度达4000~6000℃，碳纤维增强酚醛塑料可胜任。

制造飞机发动机的零件：叶轮、定子叶片轴承等。

★机械工业中：磨床的磨头和各种零件、轴承等（代替青铜和巴比特