济南大学复合材料原理第10章

(3) 附加值高。单位质量的价格与利润远远高于结构复合材料
(4) 小批量，多品种。功能复合材料很少有大批量， 但品种 需求多。
(5) 适于特殊用途。在不少场合，功能复合材料有着其他材料 无法比拟的使用特性。
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2. 功能复合材料种类
基体不同
功能复合材料
金属基复 合材料
多元功能体的复合材料可以具 有多种功能，同时还有可能由于产 生复合效应而出现新的功能。
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(1) 应用面宽。根据需要可设计与制备出不同功能的复合 材料，以满足现代科学技术发展的需求。
(2) 研制周期短。 一种结构材料从研究到应用，一般需要10-15 年左石，甚至更长，而功能复合材料的研制 周期要短得多。
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乘积效应(Product Properties)
又称传递特性，交叉耦和效应。
如对材料输入X，材料性能输出为Y，而Y又作为 另外一种材料的输入，另外一种材料产生输出为Z，两 种材料复合得出一种新性能材料。乘积效应对开发新 型功能材料指出了方向，可获得很高的性能，还可创 造出任何单一材料不可能存在的功能效应。
1.功能复合材料组成与特点
基体材料(连续相)
组成
粘结、保护纤 维作用，某些 情况下也起功 能作用。
功能体(分散相)
复合材料的功能特性 主要由功能体贡献，加入 不同特性的功能体可得到 特性各异的功能复合材料。
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单一功能复合材料中其功能性 质虽然由功能体提供，但基体不仅 起到粘结和赋形作用，同时也会对 复合材料整体的物理性能有影响。
非金属基 复合材料
高聚物基 复合材料
无机非金属基 复合材料
树脂基复 合材料
橡胶基复 合材料
热固性树脂 基复合材料
热塑性树脂 基复合材料
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磁功能复合材料
电功能复合材料
光功能复合材料
功能特性
热功能复合材料 摩擦功能复合材料
阻尼功能复合材料
防弹功能复合材料
辐射功能复合材料
软质防弹装甲 复合材料层合板防弹装甲 陶瓷/复合材料防弹装甲
防弹衣 防弹头盔 航空复合装甲
防紫外线复合材料
抗辐射 复合材料
防X射线复合材料 防γ射线复合材料 防中子复合材料
防核辐射复合材料
遮阳伞 X射线摄影纱 γ射线防护服 中子辐射防护服 核废料容器
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3. 功能复合效应
加和效应(Mean Properties) 反映为复合材料的混合定则(Rule of Mixture) Pc=f1p1n+f2p2n+f3p3n+f4p4n+……
Pc ：复合材料的某一性质，如强度，模量，热导率等。 pi ：组成复合材料的基体或增强体(或功能体)的某性质 fi：体积分数， f1+f2+f3+f4+…=100% n：常数，由实验确定，范围为-1≤n≤1。
热适应复合材料
半导体支撑板
阻燃复合材料
车、船、飞行器等内装饰材料
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功能特征
主要类型
用途
摩擦
摩阻复合材料
复合材料 减摩复合材料
汽车刹车片 轴承
阻尼 复合材料
热损耗阻尼复合材料 磁损耗阻尼复合材料 电损耗阻尼复合材料
洗衣机外壳、网球拍 桥梁减振 智能声控
防弹 复合材料
基体：
① 将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定。 ② 增强材料间传递载荷，并使载荷均匀，自身承受一定载荷。 ③ 保护增强体免受各种损伤。 ④ 很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择。 ⑤ 决定部分性能。
增强源自文库： 主要承受绝大部分载荷、增强、 增韧
功能体： 赋予一定功能 界面相层： 复合材料产生组合力学及其它性能，
10 功能复合材料
用途
结构复合材料
以其力学性能如强度、 刚度、形变等特性为工程 所应用，主要用于结构承 力或维持结构外形。
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁等 物理特性为工程所应用，用于如 绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减 振或热变形等热、声、光、电、 磁的功能要求。
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复合效应产生的根源。
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界面区域示意图 1-外力场； 2-树脂基体； 3-基体表面区； 4-相互渗透区； 5-增强剂表面区； 6-增强剂
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(2) 复合效应 复合效应表现形式多种多样大致可分为：
线性效应：加和效应、平均效应、相补效应及相抵效应 非线性效应：乘积效应、系统效应、诱导效应及共振效应
如两种功能材料—热-形变材料 (X/ Y表示)、形变电导材料 (Y/ Z) ，其乘积效果：
X Y X YZ Z
由于两组分的协同作用得到一 种新的热-电导功能复合材料
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复合效应
复合材料由两种或两种以上组元构成， 组元材料之间的协同作用与交互作用使复 合材料表现出的一种特殊物理现象。
复合效应不是复合材料的一种特定性 能，但是可通过复合材料的性能而反映。 换言之，同种复合材料的不同性能表现出 来的复合效应是不同的。
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(1) 复合材料各组元 (相) 作用
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功能特征
主要类型
用途
透光复合材料
光传导复合材料
发光复合材料
光功能 复合材料
光致变色复合材料
感光复合材料
光电转换复合材料
光记录复合材料
农用温室顶板 光纤传感器 荧光显示板 变色眼镜 光刻胶 光电导摄像管 光学存储器
烧蚀防热复合材料 固体火箭发动机喷管
热功能 复合材料
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功能复合材料的主要类型
功能特征
主要类型
磁功能 复合材料
导电 复合材料
屏蔽复合材料 吸波复合材料 透波复合材料 聚合物基导电复合材料 本征导电聚合物材料 压电复合材料 陶瓷基导电复合材料 水泥基导电复合材料 金属基导电复合材料 导电纳米复合材料 超导复合材料
减少电用磁途波对信息 柔隐吸电涉系电的韧身收磁而磁统损磁材或波消波的害体料衰，失对干。、减使或人扰磁入其将体、记射因其健减录的干电康弱 雷磁达能罩转、换天为线其罩他形 屏式蔽的能量。 防静电、开关 压电传感器 高压绝缘 建筑物绝缘 高强、耐热导电材料 锂电池 医用核磁成像技术