复合材料学的基体材料和增强材料各论

设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求， 对结构设计的同时对材料本身进行设计。
具体体现在两个方面
力学设计—— 给制品一定的 强度和刚度
功能设计——给 制品除力学性能 外的其他性能
3、工艺性能好 复合材料的工艺性能十分a、优电越绝，缘其性成能好型，方不法受
多种多样，成型条件机动灵活。电磁作用； 具1导的/体1热玻0到0系 璃～玻数 钢1璃/小 可1纤0， 耐0维0是瞬；增金时特强属高殊树材温类脂料。型基复合bc制、、材品可微料。制波特作穿性成透：不性带好静；电的
碳纤维II/环氧 1.45
1.5
1.4
1.03
0.97
碳纤维I/环氧
1.6
1.07
2.4
0.67
1.5
有机纤维/环氧 1.4
1.4
0.8
1.0
0.57
硼纤维/环氧
2.1
1.38
2.1
0.66
1.0
硼纤维/铝
2.65
1.0
2.0
0.38
0.57
由表1-2可见：FRC的密度约为钢的1/5，铝的1/2
比模量：高模量碳纤维/环氧复合材料为钢的5倍，
2007年6月8日， “阿特兰蒂斯”号 航天飞机在位于美 国佛罗里达州卡纳 维拉尔角的肯尼迪 航天中心发射升空， 飞往国际空间站。
美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它 以结构小巧重量轻而称奇于世。
采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。
无机非金属材料：具有性质稳定，抗腐蚀、 耐高温等优点。但质脆，经不起热冲击。
金属材料：力学性能好，耐高温。但密度 大，抗腐蚀性能差。
高分子材料：性质稳定，耐腐蚀性好。但 不耐高温，力学性能较差。
复合材料
第一篇 绪论
1 复合材料的特性 1.1 引言
材料科学
一门应用性的基础学科。用化学组成和 结构的原理来阐明材料性能的规律性，进而 研究和发展具有指定性能的新材料。
铝合金的4倍，钛合金的3.5倍
作用：在强度和刚度相同的情况下，结构质量可以减轻， 或尺寸减小。这在节省能源，提高构件的使用性能方面， 是现有其他材料所不能比拟的。
另外：其他基体的复合材料，凡是用作结构材料的，其比 强度，比模量大都比原来单一的基体材料高得多。
2、可设计性好
复合材料区别于传统材料的根本特点之一
材料 钢
密度 拉伸强度 (g/cm3) (GPa)
7.8
1.03
弹性模量 (×102GPa)
2.1
比强度 (×105cm)
0.13
比模量 (×105cm)
0.27
铝合金
2.8
0.47
0.75
0.17
0.26
钛合金
4.5
0.96
1.14
0.21
0.25
玻璃纤维复合材 料
2.0
1.06
Байду номын сангаас
0.4
0.53
0.20
聚合物基复合材料的特性
1、轻质高强
强度与密 度之比
模量与密 度之比
CM最突出、重要的特点。用比强度，比模量。
材料名称 钢 铝
玻纤/聚酯CM 碳纤/环氧CM
比强度 0.13 0.17 0.53 1.03
比模量 0.27 0.26 0.21 0.21
Glass fiber reinforced composites Carbon fiber reinforced composites Boron fiber reinforced composites
粒子直径： 0.01~0.1μm， 粒子体积分数： 1%～5%;
复
复合过程的性质
化学复合的复粒合子材直料径： 物理复合的复1~合50材μm料，
合 材
自然复合的复体合积材分料数>20%
料
根据复材的功能 电功能复合材料
热功能复合材料
光功能复合材料
根据使用目的 结构复合材料
功能复合材料
根据基体材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料
1.2 复合材料的定义与命名
Composite Material，简称CM
一、CM的定义
广义的定义
由两种或两种以上的不同材料，通过一定 的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多 相固体材料。 注意：CM与化合材料、混合材料的区别 多相体系 复合效果
♣狭义定义(通常研究的内容) ：
用纤维增强树脂、金属、无机非金 属材料所得的多相固体材料。
CM = 增强材料 ＋ 基体材料
二、CM的命名
(1)强调基体 强调基体材料的 种类和特征
酚醛树脂基复合 材料、铝合金基 复合材料等
(2) 强调增强体
强调增强材料的 种类和性质
碳纤维复合材料、金 属纤维复合材料、玻 璃纤维复合材料等
碳纤维增强环氧树脂复合材
(3) 基体与增强体并用 料、玻璃纤维增强不饱和聚 同时出现基体材料和 酯树脂复合材料等。 增强体材料
无机非金属基复合材料
碳纤维复合材料
复 合 材
增强纤维的类型 玻璃纤维复合材料 有机纤维复合材料
料
硼纤维复合材料
混杂纤维复合材料
增强物的外形 化学组成
连续纤维增强复合材料 纤维织物或片状纤维 短纤维增强 粒状填料
同质复合
异质复合
Advanced Composite Materials, 简称ACM
进入20世纪70年代，开发了一批如碳 纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、高密度聚 乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性 能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复 合材料，是用于飞机、火箭、卫星、飞船 等航空航天飞行器的理想材料。
在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承 力结构，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种 飞行性能。
1.4 复合材料的特性
聚合物基复合材料（纤维-树脂复合材料 Fiber Reinforced Polymer or Fiber Reinforced Composite）是复合材料中发 展最迅速、应用最广泛的一类复合材料
(4) 俗称
玻璃钢就是玻璃 纤维增强树脂基 复合材料的俗称
材料的分类
按材料的化学性质 金属材料
非金属材料
材 料
按材料的物理性质
绝缘材料 导电材料 透光材料 半导体材料 磁性材料 耐高温材料
按材料的用途
航空材料 包装材料
电工材料 建筑材料 耐烧蚀材料
1.3 复合材料的分类
根据增强原理 弥散增强型 粒子增强型 纤维增强型
复合材料学的基体材料和增 强材料各论
主要内容
第一篇 绪论 1 复合材料的特性
第二篇 复合材料的基体材料 3 无机胶凝材料 5 聚合物材料 6 其他材料
第三篇 复合材料的增强材料 7 玻璃纤维及其制品
8 碳纤维 10 芳纶纤维 11 填料 第四篇 复合材料各论 12 聚合物基复合材料 15 碳/碳复合材料 16 无机胶凝复合材料