复合材料的地位及作用(1)

具有多种特性，或者依靠复合的乘积效果，使其发挥新
的特性。
------《复合材料入门》日 大谷衫郎
两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的
一种多相固体材料。
-----ISO (International Organization for Standardization)
国际化标准组织
1. 复合材料的概念及其发展
✓ 轻质高强 ✓ 多功能性
复合材料的特性决定了其巨大的发展潜力
材料发展的必然规律----——复合！！
引言
复合材料的地位及作用
国民经济领域不可缺少的关键基础材料
？
引言
复合材料的地位及作用
航天航空领域不可替代的关键战略材料
5
引言
发展复合材料的意义
实例1：火箭壳体材料对射程的影响:
引言
发展复合材料的意义
等） ➢ 其它各种天然植物纤维复合材料
高性能纤维 玄武岩纤维
玻璃纤维
陶瓷纤维
PAN碳纤维
PBO纤维
芳纶
超高分子量 聚乙烯纤维
聚苯硫醚纤维
聚酰亚胺纤维
4. 纤维增强复合材料
长纤维、短纤维、纤维织物
纤维材料的固有特征：高度取向—高度规整性—各向异 性
复合材料的复合效果严重依赖纤维在复合材料中的方向 复合材料应用领域的复杂性、多目的性
合而成 ➢ 复合材料的特征体现：
①是两种固相物质间的组合 ②各组分间的界面存在“界面效应 ”
3. 复合材料的构成及分类
基体
高分子：树脂（环氧、酚醛、聚酰亚胺）、橡胶 无机：陶瓷、玻璃、水泥、碳基等 金属：铜、铝、镍、镁等
增强体
纤维状 粒状 片状
长纤维 纤维织物 短纤维
全世界的所有复合材料的生
* 纤维增强复合材料测试技术
于美杰
办公电话：88396181 Email：yumeijie@sdu.edu.cn
1
引言
复合材料的含义
含有两种或两种以上材料成分
分为传统复合材料和 先进复合材料
含有高性能纤维的复合材料
引言
复合材料的地位及作用
高分子材料老化与耐温性 金属材料的比重与加工性 陶瓷材料的脆性
复合材料性能表征和测试技术
本课程开设目的
对复合材料性能的检验，是生产过程中的质量控 制手段和最终产品的质量评定依据。
取得可靠的性能数据，用作复合材料结构设计的 基本参数。
学习复合材料性能测试的相关标准及使用条件。 揭示复合材料的性能机理，用于指导复合材料的
材料设计。
本课程主要内容
第一章 绪论 第二章 增强体纤维性能测试 第三章 基体树脂性能测试 第四章 复合材料力学性能测试 第五章 复合材料物理性能测试 第六章 复合材料无损检测技术 第七章 复合材料成型质量检测
织物 —— 平织、斜纹织、缎纹织、非皱缩织
平织
斜纹织/(缎纹织)
非皱缩织
4. 纤维增强复合材料
4. 纤维增强复合材料
（3）三维结构：纤维卷绕法—缠绕法
螺旋式 水平式
平行式（环箍） 极卷式
4. 纤维增强复合材料
以碳纤维为例：
5. 复合材料测试技术
1. 复合材料测试技术的特点：
（1）对材料基本性能的测试，普遍要求提高其准确度和精密 度；
传统复合材料：
6000年前人类就已经会用稻草加粘土（土砖）。 水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝
等的建筑。 钢纤维增强混凝土（钢筋混凝土）
1. 复合材料的概念及其发展
先进复合材料
第一代：“玻璃钢”，玻璃纤维增强； 第二代：碳纤维增强； 第三代：有机纤维增强；（芳纶） 第四代：聚乙烯纤维增强（美国、荷兰、日本） 第五代：PBO（聚对苯撑苯并双恶唑）纤维增强
产量中，树脂基复合材料占 90% 以 上 ， 其 中 95% 是 玻 璃 纤维增强树脂基复合材料。
先进复合材料填充剂优先采用纤维状材料
3. 复合材料的构成及分类
按使用性能分———— 结构型：命名 增强体+“/”+基体+“复合材料”
例：玻璃纤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/环氧树脂复合材料 碳纤维/PEEK复合材料
功能型：命名 功能+“复合材料”
例：光电复合材料 仿生复合材料
3. 复合材料的构成及分类
按增强体分————
➢ 无机纤维复合材料（玻璃纤维、碳纤维、 陶瓷纤维、矿 物纤维等）
➢ 有机纤维复合材料（聚芳酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、 高强聚烯烃纤维等）
➢ 金属纤维复合材料（钨丝、不锈钢丝等） ➢ 陶瓷纤维复合材料（氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维
纤维应用的合理设计-纤维应用技术
4. 纤维增强复合材料
（1）单向布局
纤维按一个方向排列填充到基体材料中，制成复合材料 手段: 预浸工艺、挤拉成型 特点：材料的力学等性能对方向有极大的依赖性
4. 纤维增强复合材料
（2）制成二维结构：
各向异性纤维的多方向叠层 （二方向、 N 方向、 短纤维无序）
2. 复合材料的特点
➢ 典型的复合材料是在一个特定的基体中 （matrix），填充有一种或多种填充体（filler）
既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合 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，从而获得新的优越性能。
2. 复合材料的特点
➢ 复合材料与共混材料的区别： ➢ 广义：复合材料和共混材料都是由多种材料的组
主要参考资料
纤维和树脂基体方面：
《纤维材料近代测试技术》 潘志娟 主编 《Physical Properties of textile fibres》W.E. Morton and
J.W.S.Hearle 《实用塑料测试技术》杨中文编著
主要参考资料
复合材料方面:
《Mechanical Testing of Advanced Fibre Composites》 J.M.Hodgkinson
（2）对微观结构的研究几乎应用了所有近代测试仪器； （3）产品检验逐渐占有重要的地位，成为复合材料试验技术
不可分割的一部分。 （4）非均匀性、界面和各向异性决定了试验方法的复杂性。 （5）处于不断完善、不断进步的过程中；
5. 复合材料测试技术
2. 复合材料测试标准：
为了使试验中获得可以互相沟通，相互比较的试验结果 ，以得到最佳社会效益，就必须制定标准、使用标准。
第一章 绪论
1. 复合材料的概念及其发展 2. 复合材料的特点 3. 复合材料的构成及分类 4. 纤维增强复合材料 5. 复合材料测试技术
1. 复合材料的概念及其发展
什么是复合材料？
由有机高分子材料、无机非金属材料、金属材料等两 种或两种以上材料通过复合工艺制备的新型材料
复合材料是指那些含有多个组分，且不同的组分有机 地结合在一起、具有新的材料性能的新材料
《先进纤维增强复合材料性能测试》白树林、戴兰宏等译 《Carbon Fiber Composites》 Deborahd. L. Chung 《复合材料试验技术》欧阳国恩、欧国荣 主编 《纤维增强复合材料实验力学》[美]惠特尼等著 王弘生等译 《复合材料》吴人洁 主编
课程特点及学习方法
各种测试方法及其原理 相关测试设备 样品制备和加工 测试标准和测试条件 数据分析及测试结果评价
测试标准的类别： 按使用范围分：国际标准、区域性标准、国家标准、专 业标准、军用标准、企业标准 六种； 按技术成熟程度分：法定标准、推荐标准、试行标准和 标准草案 四种。
5. 复合材料测试技术
测试对象：
纤维增强体 树脂基体 复合材料
测试性能：
力学性能 物理性能
实例2：一架总重170吨的飞机，若减重1%，一年可节约 300~600万美元。
引言
发展复合材料的意义
➢ 实例3：如果全球风力发电技术和规 模水平能达到利用 10 %的风能资源， 那就足以承载全球 1/4的电力需求量。
引言
先进复合材料技术：
高性能的填充物及应用技术 高性能基体材料 理想的界面特性 复合材料设计及力学特点 复合材料成型技术 复合材料失效分析、安全评价 复合材料修补和连接技术
--------- carbon fiber composites
复合材料是把两种以上宏观上不同的材料，合理地进 行复合而制得的一种材料，目的是通过复合来提高单 一材料所不能发挥的各种特性
—————---《复合材料》黄丽等编
1 复合材料的概念及其发展
复合两种以上的素材，揉合各素材所具有的特性，使之