复合材料及其力学基础教材.pptx

3、几种常用的纤维 1）玻璃纤维
拉 伸 强 度 2.5~4.58GPa ； 密 度 2.14~2.55g/cm3 ； 拉 伸 模 量 55~86GPa；延伸率 3.37~5.2% 2）碳纤维 拉伸强度>1.7GPa；拉伸模量200~400GPa；耐高温：2000℃ 。
3）芳纶 拉伸强度高，约为铝合金的5倍；弹性模量高，比玻璃纤维高 1倍；密度小；韧性好 。
4）细度和均匀度：细度是指单丝直径；均匀度是指直径的均 匀程度，须满足一定的规定。
5）毛丝，毛团：为纤维束中的杂质，在一定纤维束长度上不 允许超过一定数目。
6）环扣强度：是衡量纤维柔韧性的一个指标，可用来表明纤 维工艺性能的好坏。
2、纤维的分类： 无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及氧化硅、氧化铝 纤维等； 有机纤维：芳纶纤维、尼龙纤维及聚烯烃纤维等。
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； • 复合材料具有可设计性。
3、基体和增强体
基 体：复合材料中比较连续的相；
增强相：其它一些以独立形态分布于整个连续相中的分散 相；
界 面：两者之间的结合部称为界面。
二、复合材料的分类
1、按来源分： ①天然（竹、木材、麻等）； ②人工
片状剥离的 纳米复合材 料
Fra Baidu bibliotek
新型的纳米黏土
片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好
§1-4 复合材料的组分
§1-4-1 树脂基复合材料的组分
一、纤维（增强体）
1、对纤维的基本要求 1）力学性能：一般要求要高 2）表面状态：应易于与树脂浸润 3）长度、根数及捻度：长度应满足FRC的要求；纤维束丝 中单丝根数应能符合FRC每层压厚的要求。
碳纤维/树脂复合材料
碳/碳复合材料
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤，矫正生理 生物医学制品和以体育运动器材为主
机能，和帮助病人复原。
的碳纤维复合材料制品
热塑性复合材料在近20年中，增长速率持续较快， 是热固性的3倍。
聚合物 层状粘土
聚合物纳米复合材料
传统的 复合材料
插入的 纳米复合材料
130
高强Al合金 2.4
68
900
49
400
28.8
A3钢
7.86
210
460
27
比强度 879
243.2
833.3 663.8 310 166.7
59
五、高、低温性能好，膨胀系数小 六、耐磨、减摩，自润性好 七、其它的特殊性能：
化学稳定性高，具有耐烧蚀性，耐辐射性，耐蠕变性 以及特殊的光，电，磁性能。
玻璃纤维增强水泥，玻璃钢等。
六、其他领域
船舶业，生物医学，运动器械，食品工业等。
复合材料的应用实例
➢ 碳纤维/环氧树脂 ➢ 碳纤维/芳纶/环氧树脂 ➢ 玻璃纤维增强塑料 ➢ 芳纶/杜邦聚酰胺 ➢ 芳纶/泡沫芯板 ➢ 碳纤维/杜邦聚酰胺
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮
B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨
1）分子量及其分布：分子量要适中，其分布范围应尽量小 2）粘度和流动性：若树脂粘度小，则易于浸渍纤维，并且
多，因此可以节省燃油。
复合材料军用吉普车
玻璃纤维/ 碳纤维/增强树脂 美洲轻木 泡沫
超级跑车 车身大量应用碳纤维复合材料
生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级 RTP复合材料
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
绿可木，生态木塑复合材料， 复合材料（玻璃钢）制品 木塑复合材料吸音板
四、比强度，比刚度高
材料
连续S-玻璃纤 维/环氧树脂
25%SiCw/氧 化铝
GRP(GF/EP)
密度 1.99
3.7 1.8
模量(GPa) 强度(MPa)
60
1750
390
900（弯曲
强度）
38.6
1500
比刚度 30.2
105 2104
CRP(CF/EP) 1.6
181.0
1062
113.1
50%Al2O3f/Al 2.9
4）硼纤维 拉伸强度>3.45GPa；密度2.4~2.6g/cm3；拉伸模量 400GPa
5）氧化铝纤维 拉伸强度1.7~2.0GPa；密度3.95g/cm3；拉伸模量 380GPa
6）碳化硅纤维 拉伸强度>3.35GPa；密度3.05g/cm3；拉伸模量400GPa
二、树脂基体
1、FRC树脂基体的基本要求
复合材料及其力学基础
第一章 绪论
§1-1 复合材料的定义及分类
一、复合材料的定义 1、定义
广义：由两相或多项组分构成的材料（包括自然的和人工 的）。
狭义：由两相或多相组分构成的、人造的先进材料。
2、特点
复合材料应具有如下三个特点： • 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，组元间存在着明显的界面； • 各组元不但保持各自的固有特性，而且还最大限度发挥各
等复合材料构成，不易反射。
轻巧的碳/碳复合材料
全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱， 客舱内站立高度为1.65米。
目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而 某些直升机早已达到90%
荷兰计划研发新型绿色环保飞机 外形将酷似飞碟，另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强 塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得
2、按基体材料的种类分： ①聚合物基复合材料：热固性、热塑性、橡胶； ②金属基复合材料：铝，钛合金； ③陶瓷基复合材料； ④石墨基复合材料：C-C； ⑤混凝土基复合材料
3、按增强相分类： ①纤维增强复合材料：长纤维，短纤维； ②晶须增强复合材料； ③颗粒增强复合材料； ④混合增强复合材料：不同形态的增强相共同增强的复合 材料。
§1-3 复合材料的用途
一、机械工业
主要用于阀、泵、齿轮、风机、风片、轴及密封件等。
二、汽车工业及交通运输行业
主要用于整车重量的降低，是复合材料应用最活跃的 行业之一。
三、化学工业
耐蚀件，各种容器。
四、航空航天领域
飞机、火箭、航天飞机的零部件：如发动机、刹车片、 机翼等。应用最为广泛。
五、建筑领域
4、按用途分类： ①结构复合材料； ②功能复合材料：电磁学、光学、热学、声学及摩擦、阻 尼材料； ③智能复合材料：自适应环境。
§1-2 复合材料的性能
一、材料性能的可设计性
其宏观性能可根据人们的需要通过细观性能来设计，因此 可充分发挥材料的潜力。
二、疲劳性能好
容伤性好。
三、减振性能好
自振频率甚高，内阻大。