第一章-绪论课件

1

复合材料

CompositeMaterials

青岛科技大学材料科学与工程学院材料物理教研室

2013年9月2

课程简介课程名称：CompositeMaterials

学时：

48学时，3学分授课专业：材料物理授课安排：1~16周3

复合材料学

CompositeMaterials

第一章

绪论

Introduction4教学目的:通过本章的学习，全面理解和掌握复合材料的定义、分类、特点、基本组成及在各领域中的应用；了解复合材料研究的重点和难点。重点内容:

1、材料按使用性能的分类及各自性能。

2、复合材料的定义、分类、特点、组成及作用。

3、按基体和增强体对复合材料进行分类。

4、复合材料研究重点和难点。难点:复合材料的基本组成及作用。熟悉内容:了解复合材料在各个领域中的应用。5主要英文词汇：material---材料CompositeMaterials---复合材料,CMPolymerEngineeringComposite---聚合物工程复合材料ResinMatrixComposite---树脂基复合材料FiberReinforcedPlastics---纤维增强塑料Reinforcedplastic---增强塑料Macromechanicsofcomposites---复合材料的宏观性能Compositeinterface---复合材料界面Reactionofcompositeinterface---复合材料的界面反应Compatibilityofcompositeinterface---复合材料的界面相容性6Mechanicsofcomposite---复合材料力学Components---组成Matrix---基体Reinforcement,reinforcingmaterials---增强材料Stoneage---石器时代Bronzeage---铜器时代Ironage---铁器时代MetalMatrixComposites---金属基复合材料PolymerMatrixComposites---高分子基复合材料CeramicsMatrixComposites---陶瓷基复合材料Classifications---类别Function---作用分类Application---应用7参考教材或资料：1、复合材料学----周祖福（武汉理工大学出版社，2004年）2、现代复合材料----陈华辉邓海金李明（中国物质出版社,1998）3、复合材料概论----王荣国武卫莉（哈尔滨工业大学出版社,1999）4、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000）5、复合材料科学与工程---倪礼忠,陈麒(科学出版社,2002)6、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003）7、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余(化学工业出版社,2004)8、新材料概论---

谭毅,李敬锋(冶金工业出版社,2004)

9、先进复合材料----鲁云朱世杰马鸣图（机械工业已出版社,2004）10、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）8第一章绪论1.1

前言

1.1.1材料、材料分类及材料与社会文明1.1.2材料科学的形成及现状1.1.3复合材料的提出及发展简史1.2复合材料的定义、特点、基本性能及分类1.2.1复合材料的定义、特点及构成1.2.2复合材料的构成模式及分类1.2.3复合材料的命名1.2.4结构复合材料的性能简介、应用实例1.3复合材料在二十一世纪中应起的作用1.4复合材料的新生长点和有待于深入研究、开拓的问题91.1

前言

1.1.1材料、材料分类及材料与社会文明材料(Materials)是国民经济的物质基础。广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质(substance)。材料无处不在，无处不有。10其它定义

Webster编者“NewInternationalDictionary（1971年）”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）。

迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。11类别

classifications

材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领域分类。化学组成分类components状态分类state金属材料无机非金属材料有机高分子材料气态固态液态单晶多晶复晶非晶12应用领域分类Application建筑电子医用仪表包装耐火能源等等13树脂基<250℃

金属基<600℃镍(合金)基超过1000℃陶瓷基<1500℃

碳/碳～3000℃

水泥基换能热电、光电、声电等阻尼吸声导电导磁屏蔽摩擦磨耗烧蚀功能复合材料（注重物理性能）结构复合材料（注重力学性能）作用分类Function结构(工程)材料功能材料14材料是人类文明进步的物质基础，材料的更新与进步促进了人类社会的发展。

人类的文明历史也是一部材料发展史，所以社会的历史分期有一种是以材料来划分的如：石器时代、铜器时代、铁器时代等，人类科学技术上的进步往往与新材料的出现分不开。但人类在漫长的历史发展中大都是依靠自然的恩赐，仅仅停目在能利用天然材料的状态。

15自古以来，材料的发展水平就是人类社会文明程度的标志.人类文明史划分依据:当时的代表性材料石器时代铜器时代铁器时代……1617漫长而又曲折的历程：石斧18石器1920陶器21编钟22湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑23湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄241.1.2材料科学的形成及现状

自19世纪以来，生产不断发展，对材料不断提出新的要求，有些要求完全超出天然材料所能提供的性能，促进了人类开始对材料从依靠到创造的转变。对材料的认识也逐渐由匠人的经验而形成一门科学。人类使用和制造材料的历史有几千年，而材料发展成为一门学科，只是近30多年的事情。长期以来，人们对材料的认识停留于宏观性质的测试水平上。近代物理及化学的发展，加上精密检测仪器及分析技术的出现，对材料的研究开始由宏观现象转到微观本质的研究，由经验性的认识转到规律性的认识，并形成了综合学科---材料科学。25

陶瓷艺术品补充资料：日常生活用材料制品图库。26玻璃瓶27水果篮28中国古代陶器秦始皇兵马俑2930塑料布31塑料薄膜32特种工程塑料33合成纤维34合成橡胶轮胎35衣服纤维36塑料的应用37塑料的应用38不锈钢餐具39电力陶瓷40砂轮41钢塔4243汽车与高速公路44大江截流45人类使用材料是一巨大的、全球性的、时空无限的循环体系46材料科学：应用性基础科学，它用化学组成和结构的原理来阐明材料性质的规律性，进而研究和发展具有指定性能的新材料。材料分类：金属、无机非金属、有机高分子材料

各有千秋扬长避短

克服单一材料的缺点

产生原来单一材料没有本身所没有的新性能复合材料47单一材料：有若干优点，但也存在明显的问题，且难以从根本上克服。近二十年，材料的研究摆脱了靠经验、摸索的方法，而向着预定性能设计新材料。解决：将两种或两种以上的单一材料，采用复合的方式，制备新材料，在保留各自优点的基础上，克服或弥补各自的缺点。材料的复合方式为研究新材料的新途径，具有很强的可设计性，按使用性能设计、制造新材料。材料的分类（按使用）：结构材料：主要使用其力学性能，强度，刚性，变形等特征。功能材料：使用声、光、电、热等性能。48各种材料在各个历史时期相对重要性5000BC015001900196019801990200020102020金铜铁钢合金钢高温合金高分子木材皮肤纤维动物胶橡胶电木尼龙PEPCPSPPPAN聚酯高模聚合物导电高分子复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料石材陶瓷陶器玻璃水泥耐火材料熔融硅耐湿陶瓷韧性机械陶瓷49501.1.3复合材料的提出及发展简史复合材料的提出：

现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。传统的单一材料无法满足以上综合要求，当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。

复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。

51复合材料（CompositeMaterials)一词大约出现在20世纪50年代，随之也出现了对复合材料较为严格的定义。英国学者Richardson在《PolymerEngineeringComposite》一书中将复合材料定义为：不同的材料结合在一起形成一种结构较为复杂的材料，这种材料的组成成分应保持一致性，新形成的材料在性能上必须有重要的改进或不同于组分成分的性质。52复合材料的历史：天然复合材料自然界中存在许许多多的天然复合材料。例如，树木和竹子是纤维素和木质素的复合体；

动物的骨骼则由无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成。53

人类很早就接触和使用各种天然复合材料，并仿效自然界制作各种各样的复合材料。陕西半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今；漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年；敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆。54钢筋混凝土----砂、石、钢筋+水泥玻璃钢----玻璃纤维+热固性树脂C/C复合材料----石墨碳纤维+热解碳或树脂碳（耐烧蚀）55-----古代，原始型，草茎和泥土复合作为建筑材料；砂石和水泥复合混凝土也应用很久；从现存的历史遗迹和史籍考察，在距今7000年以前的西安半坡村遗址中曾发现用草拌泥做成的墙壁和砖坯，用草拌泥制造的建筑材料性能既优于草又优于泥，这是人类最使用用复合材料的先例。

56在4000年以前的漆器显一种典型的纤维增强复合材料，它是用丝、麻及其织物为增强相，以生漆作为粘接剂一层一层覆在底胚（模具）上，待漆干固后挖去底胎成型。这种工艺方法与近代复合材料的手糊工艺十分相近。中国古代的弓是用竹片、铜条等材料经过巧妙的铺叠得到的高模量高强度的优良层合复合构件，也是复合材料应用的典型实例。埃及人在公元前以知道将布材切成板后重新铺叠制成象现代胶合板材似的叠合材料，这样不仅可以提高强度，还可以减少由于湿、热引起的变形。

57----19世纪末复合材料开始进入工业化生产；纤维增强橡胶算是最早同世的复合材料。这类组合材料的典型例子有轮胎和橡胶布。充气轮胎于1886年发明到1896年用在汽车上。轮胎是帘子线增强橡胶复合材料，帘子线承受充气的压力，提供强度，是增强相，橡胶固定利保护纤维是基体相。为了提高轮胎的耐磨性，在橡胶基体中加入颗粒状碳黑，该复合材料实际上过是一种纤维－碳黑增强橡胶的三相复合材料。橡胶布是与轮胎相似的纤维增强橡胶基复合材料，它用来作气球、救生艇、浴水服、雨衣、吹胀式建筑、宇航员服等制品。58----20世纪六十年后，发展很快（因具有可设计性）；树脂基复合材料（ResinMatrixComposite）也成为纤维增强塑料（FiberReinforcedPlastics）,是目前技术比较成熟且应用广泛的一类复合材料。这种材料用短切的或连续纤维及其织物增强热固性树脂或热塑性树脂，经过复合而成。

20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种种广泛应用的较现代化复合材料。

学术界开始使用“复合材料”（compositematerials

）一词大约是在20世纪40年代，当时出现了玻璃纤维增强不饱和聚酯，开辟了现代复合材料的新纪元。59以玻璃纤维为增强相的树脂基复合材料在世界范围内形成了产业，在我国熟称玻璃钢，1932年在美国出现，1940年以手糊成型的玻璃纤维增强聚酯用于飞机雷达罩，此后美国莱特空军用此作为机身和机翼材料，并于1944年试飞成功。

1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制作出直升飞机的螺旋浆，60年代美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、木星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。60

这架航天飞机用碳纤维／环氧树脂制作作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维／环氧树脂制备各种压力客器。用硼／铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳／碳复合材料制作发动机的喷管和喉村，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合全复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温陶瓷基复合材料，衣这架代表近代最尖端技术成果的航天飞机上使用了树脂、全属和陶瓷基复合材料。61

使用了先进复台材料作均主承力结构。这架的容运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的组合材料制造了机翼前缘、压力容器等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。62----21世纪，预言为复合材料的世纪。631.2复合材料的定义、特点、基本性能及分类1.2.1复合材料的定义、特点及构成复合材料：是有两种或两种以异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。复合材料的特点：1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显的界面。2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。

3）复合材料具有可设计性。可经设计，即通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料的优点互补，因而呈现出出色的综合性能。64

复合材料的其它定义（关于复合材料，有着不同的定义方式。）“由两种以上不同的原材料组成，并使原材料的性能得到充分发挥，通过复合化而得到单一材料所不具备的性能。”（岛村昭治.未来を拓く先端材料，工业调查会，1982）“把一些个体典型或基本的特性组合，而得到的物质。”（余永宁等译.金属基复合材料导论，北京，冶金工业出版社，1996）“由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。”（吴人洁，复合材料，天津大学出版社，2000）“经过一定的操作，将复数个原材料合体，或者是由复数个相生成，且具有比原材料优异的性能。”（香川丰，八田博志.セラミックス基复合材料，アグネ承风社，1990）65吴人洁教授“在复合材料的未来发展”一文中指出：复合材料将由宏观复合形式向微观(细观)复合形式发展。微观复合材料包括：均质材料在加工过程中内部析出的增强相和剩余的基体相构成的原位复合材料或纤维增强复合材料，也包括用纳米级增强体的复合材料以及刚强棒状分子增强的分子复合材料等。综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能持征。66国际标准化组织：由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料。《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的重要特色，又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，从而获得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。67《材料大辞典》中关于复合材料的定义为：复合材料是根据应用的需要进行设计，把两种以上的有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料组合在一起，使之互补性能优势，从而制成的一类新型材料。一般由基体组元与增强材料或功能体组元所组成，因此亦属于多相材料范畴。68根据《材料大辞典》中关于复合材料的定义可以看出,复合材料具有两个鲜明的特点:１、复合材料不仅能保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具备的新性能。２、复合材料具有可设计性。由于各种原材料都具有各自的优点和缺点，所以在组合时可能出现如下图所示的结果。691.2.2复合材料的构成模式及分类复合材料的基本结构模式：

复合材料由基体和增强剂两个组分构成：基体：构成复合材料的连续相；增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。7071----复合材料按性能高低的分类：常用复合材料：先进复合材料：以碳、芳纶、陶瓷等纤维和晶须高性能增强体；与耐高温高分子、金属、陶瓷、碳（石墨）等进行复合。产品用于高技术领域，用量少，但性能要求高。

72

普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。

先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝、

SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料。先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到

400MPa/(g/cm3)和40GPa/(g/cm3)以上。7374----复合材料按用途的分类：结构复合材料：目前绝大所属属于此类，本课程的重点部分。功能复合材料：前途广阔。

结构复合材料的特点：主要用作承力或次承力结构，要求质量轻、强度和刚度高，且能承受一定的温度，在某些情况下，还要求膨胀系数小，绝热性能好或耐介质腐蚀等其它性能。结构复合材料基本组成：基体和增强体基体：粘结增强体予以赋形，并传递应力和增韧作用。增强体：承担结构使用中的各种负荷。75结构复合材料：要用于制造受力构件；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。

结构复合材料又可按基体材料类型和增强体材料类型来分类见下图所示：76聚合物基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料结构复合材料热固性树脂基热塑性树脂基橡胶基高温陶瓷基玻璃基玻璃陶瓷基轻金属基高熔点金属基金属间化合物基Ａ、按基体类型分类MetalMatrixCompositesPolymerMatrixCompositesCeramicsMatrixComposites77B、按增强体类型分类结构复合材料叠层式复合材料片材增强复合材料颗粒增强复合材料纤维增强复合材料人工晶片天然片状物微米颗粒纳米颗粒不连续纤维复合材料连续纤维增强复合材料晶须增强复合材料短切纤维增强复合材料单向纤维增强复合材料二维织物增强复合材料三维织物增强复合材料78纤维增强复合材料纤维增强复合材料分为以下五种：①玻璃纤维复合材料；②碳纤维复合材料；③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；⑤陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。79功能复合材料：指具备各种特殊物理与化学性能的材料。例如：声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。功能复合材料中的增强体又可称为功能体组元，它分布于基体组元中。功能复合材料中的基体不仅起到构成整体的作用，而且能够产生协同或加强功能的作用。80功能复合材料电功能磁功能光功能热功能化学功能机械功能导电压电超导绝缘吸波屏蔽半导电软磁硬磁屏蔽磁滞磁流体透光滤光变色光屏蔽声功能吸声声纳导热防热阻燃耐热蚀吸附分离抗腐蚀催化催化阻尼减振自润滑耐磨密封防弹功能复合材料81

除了上面的各种各样的复合材料以外，还有同质复合材料和异质复合材料。

同质复合材料（增强材料和基体材料属于同种物质，如碳/碳复合材料）

异质复合材料（前面提及的复合材料多属此类）。82

混杂复合材料：两种或两种以上增强体同一种基体制成的复合材料。可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。831.2.3复合材料的命名复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。（3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。84例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳／碳复合材料”。国外还常用英文编号来表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金属基复合材料，FRP（FiberReinforcedPlastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep)。851.2.4结构复合材料的性能简介、应用实例性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是它们的结合界面、成型工艺等。(1)比强度和比刚性：复合材料一直向着轻量、高强度、高刚性的方向发展。材料的比强度和比刚性分别是强度(

)和刚性(E)与比重(

)的比值（

/

,E/

）。它表示了单位重量的材料特性，常用来作为比较不同材料间性能的指标。比强度=强度/比重比强度量纲=（g/cm2）/(g/cm3)=cm86材料密度g/cm3抗拉强度103MPa弹性模量105MPa比强度107cm比模量109cm钢7.81.032.10.130.27铝合金2.80.470.750.170.26钛合金4.50.961.140.210.25玻璃钢2.01.060.40.530.20碳纤维/环氧1.451.501.41.030.97有机纤维/环氧1.41.40.81.00.57硼纤维/环氧2.11.382.10.661.0硼纤维/铝2.651.02.00.380.57各种材料的比强度和比模量87

(2)耐热性：

在复合材料的发展中，另一个重要的目标是耐热性的提高。从高分子基复合材料向金属基复合材料的转移就是为了适应这一需求。即使是在高分子基复合材料领域，也由原来的环氧树脂向着高耐热性树脂或PEEK(Poly-ether-ether-keton)、PES(Poly-Ether-Sulphon)等耐热热塑性树脂发展。PMC（树脂基）为450K，MMC（铝基）为600K，CMC（碳基）为2300K。在复合材料领域，陶瓷基复合材料的极限耐热温度是很高的，这主要是由于陶瓷本身就具有高的耐热性。在进行复合化时，除保持其高耐热性、高刚性和一定程度的高强度之外，还应力争获得其它方面的优异性能。88复合材料具有良好的高温性能：聚合物基复合材料的最高耐温上限为350

C；金属基复合材料按不同的基体性能，其使用温度在350

1100

C范围内变动；陶瓷基复合材料的使用温度可达1400

C；碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800

C。89

3、良好的尺寸稳定性：加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度，而且可以使其热膨胀系数明显下降。通过改变复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热膨胀系数。

4、良好的化学稳定性：聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。

陶瓷基和树脂基>金属基

5、良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性：陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善

6、良好的功能性能90应用实例：聚合物基复合材料：基体一般为有规结构，如半结晶PP，熔点为176度；增强体为：廉价的玻璃纤维，无机填料；造粒后，纤维的体积分数一般小于40%；复合材料的性能比纯PP的性能提高一倍左右，同时收缩率下降，热变形温度可以达到150度。材料丰富且力学、电性能良好，广泛用于汽车、家电、仪表等工业。91实例：

PA66+玻璃纤维和毡，提高力学性能、耐热性能等，并保留本身的韧性、耐磨、自润滑性、耐油、耐化学腐蚀等。如复合PA，用于汽车车壳的部件、油箱、中小型齿轮、汽车零部件。实例：金属基复合材料目前由于加工工艺不够完善，成本较高，还没有形成大规模批量生产，但有很大的发展潜力和应用前景。例如：20%碳化硅颗粒增强的6061铝合金，强度从310MPa提高到496MPa，模量从68GPa提高到103GPa；同时，耐磨性、尺寸稳定性和耐热性能也得到了提高。92无机非金属基复合材料：包括了陶瓷基、碳基和水泥基。该类目前的产量虽然尚不大，但前两者（陶瓷、碳基）为耐高温及高力学性能的首选材料，碳/碳复合材料为目前耐温度最高的材料，水泥基则在建筑材料中越来越显示了重要性。陶瓷基又分为：陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷。氮化硅高温陶瓷作为基体，碳化硅晶须补强，提高韧性，从9.0MPa/m2到12.0MPa/m2,可用于1350度的喷气涡轮发动机的转子与定子的叶片，以及发动机部件、刀具、轴承等。9394959697第一代第二代第三代氧化铝纤维玻璃纤维硼纤维碳纤维芳族聚酰胺晶

须+

高韧性高弹性

轻量

耐热性工程塑料环境扩大碳化硅纤维金

属陶

瓷石

墨泡沫材料混凝土石

膏功能复合材料延伸与韧性氧化铝纤维石墨纤维功能化定向凝固共晶自增强塑料扩散接合表面处理CVD(化学气相沉积)CVI(化学气相渗透)

CIP,HIP

-SiC

-Al2O3Si3N4石墨聚

脂金属纤维聚酰亚硝胺98发展简史：40年代玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）出现60年代金属基复合材料出现80年代陶瓷基复合材料出现复合材料举例：玻璃钢（印刷电路板），轮胎（纤维增强橡胶）雷达罩（玻璃纤维增强树脂）火箭鼻锥（碳纤维/树脂）（碳/碳复合材料）人造卫星天线（碳纤维/镁合金）航天飞机框架（硼纤维/铝合金）网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆、雪橇－休闲汽车活塞、连杆、自行车飞轮等－民用工业面广尖端99复合材料目前状况（１）玻璃钢和树脂基复合材料

非常成熟广泛的应用

（２）金属基复合材料

开发阶段某些结构件的关键部位（３）陶瓷基复合材料及功能复合材料等尚处于研究阶段有不少科学技术问题有待解决100航空航天电子信息建筑汽车农业生物材料体育运动复合材料

应用举例101航空航天R-4直升机旋翼材料结构技术经历了几个阶段：40年代至50年代为金属木翼混合结构，50年代中期至60年代中期为金属结构，60年代中期至70年代中期为玻璃纤维结构，70年代中期以后发展成为新型复合材料结构。西科斯基身后是他造的r-4直升机102速度为音速5倍的超音速和高超音速客机能容纳250位乘客。由于速度快，飞机外壳将发热到350摄氏度，因此要用复杂的碳复合材料来代替原有的材料。飞机需要的燃料将由液体甲烷或液氢代替煤油，加注一次燃料可以飞行1.6万千米。预计2030年这种飞机可以投入使用。(俄罗斯)103印度研制成功高级轻型直升机，它采用合成材料，如玻璃纤维环氧树脂合成材料，芳族聚酰胺纤维环氧基树脂合成材料等。飞机的主要旋转翼由合成材料制成，飞机生存性能大大提高。此种直升机航速可达250千米/小时，飞机重量约4000千克，总寿命4000小时，实际上很可能长达5000飞行小时。这是一种新研制成功的轻型飞机

104

俄罗斯苏霍伊军事工业集团制造的S－37“金雕”前掠翼战斗机。是俄罗斯采用新材料和新技术的主要试验机型。S-37“金雕”同时采用了特殊的高级碳纤维复合材料，比常用的铝合金要轻20％。据说机翼还能够弯曲。

105F—22在机体上广泛使用含热塑(12%)和热作用(10%)的聚合复合材料(KM)。在批生产的飞机上使用复合材料(KM)的比例(按重量)将达35%。战斗损耗率在十年后仅为F—15的二十分之一，维护人员将减半，一个中队20年中的维持成本将比F—15少5亿美元。

106法国新型第四代“阵风”(Rafale)双发多任务战斗机，采用前置鸭翼、后掠三角翼和单垂尾气动布局，大量采用复合材料。“阵风”战斗机机身结构采用复合材料常规半硬壳式结构机身的50%采用碳纤维复合材料。后机身为碳纤维复合材料，机头整流罩和喷管整流罩为聚芳酰胺纤维复合材料。起落架及发动机舱门为碳纤维复合材料。

107印度LCA轻型战斗机

“光辉”式战斗机计划的主要技术目标之一就是最大限度地使用复合材料，在批量生产的战斗机上复合材料重量可能将占到整个机身重量的40%以上。这对降低飞机空重、提高载重量及推重比而言非常重要。

108中国国产第四代

战机

探密

机身许多部位采用碳纤维和玻璃纤维等复合材料，具有重量轻、强度大、耐高温、抗疲劳的优点；还可间接改善飞行性能，降低雷达波反射。大量使用强度大、重量轻的合金和硬质碳纤维和玻璃纤维复合材料。各型复合材料的使用量将占整机材料的20％－40％。普遍使用高性能复合材料等新型材料，以降低自身重量，增大发动机的推重比。新型材料一般是指添加了石墨的碳纤维复合材料和添加了钛、镁或锂的铝合金材料。109TAG公司推出全复合材料机体无人直升机

这种新型直升机采用全复合材料机体，在它们的结构和设计上具有独特性。这种全复合材料机体对于垂直起落无人机尚属首次。复合材料结构使该无人直升机具有极轻的重量和极高的强度，从而使它们性能先进、有效载荷大和耐航性长。110火箭运载火箭的构造中推进剂贮箱段用材要求越轻越好，还要有尽可能高的强度，不易破裂，一般多采用高强度铝基复合材料制成。中国“长征”2号e的有效载荷舱

111液体火箭发动机主要由燃烧室和喷管、涡轮泵和活门自动器等三大部分组成。燃烧室和喷管可使推进剂在室内燃烧，产生3000摄氏度以上的高温和30—200个大气压的高压气体，高速从喷管喷出，形成强大的推力。这些结构要承受如此的高温、高压必须采用高强度的耐热复合材料，并附有强冷却系统。

阿丽亚娜航天公司研制的“阿丽亚娜”火箭上的一级助推器的冷却系统，由德国为其制造112未来航天飞机什么样?

航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再进入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。开发了一种新型的气塞式火箭推动器，以使飞行器以18倍音速的速度飞行，同时，为减轻重量，采用新式的质量较轻的复合材料制造。

113我国成功利用复合材料制造卫星实现卫星瘦身

航空航天器应用复合材料，既可获得金属般的刚度和强度，又可大大减轻自身的重量。20世纪80年代中期，复合材料开始应用于我国卫星的研制中。卫星承力筒是卫星内部的一个圆柱形结构件，它承载着卫星的全部重量。20世纪80年代，我国自行设计制造的东方红三号通信卫星，是首次把复合材料用于主承力筒结构的卫星。114泡沫材料摧毁"哥伦比亚"号获新佐证

美国“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会近日公布的测试结果，为泡沫材料撞击导致该航天飞机解体坠毁提供了新证据。“哥伦比亚”号发射升空后不久，其外部燃料箱外的泡沫材料发生脱落，并击中航天飞机左翼。事故调查人员已基本认定，“哥伦比亚”号左翼出现孔洞，使得超高温气体进入，最终导致这架航天飞机在重返大气层时解体坠毁。有关技术人员的最新测试显示，泡沫材料撞击确实有可能造成航天飞机机翼产生孔洞。115能源,信息

电子信息材料发展趋势

光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化----由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。信息传感材料是具有信息获取、转换功能的材料，包括多种半导体、功能陶瓷、功能高分子和光纤材料。与早期的机械结构和电气结构型传感器相比，体积小、生产成本低。设计、合成具有新的物理、化学敏感功能，特别是具有生物和复合功能的新材料，进一步提高材料的敏感度和反应滞后及恢复速度，是追求的主要目标。116充分利用太阳能的新材料太阳能取之不尽，用之不竭关键在于转化效率现在的光电材料的转化率仅约12％如果能够提高到50％……117澳新型聚光太阳能光伏

发电装置光电转换率达35%

相对便宜的太阳能电池板往往效率很低，无法生产出足够的电能；而高效的太阳能电池板却又十分昂贵，无法在普通消费者中推广。“绿金能源”公司研制的“太阳球”很好地解决了这一问题----它可为那些生活在山区的居民提供充足且廉价的电能。据介绍，“太阳球”使用的光电转换装置的工作效率高达35％，并且其面积只有大约1平方厘米。118“提高了量产性”日本斯大精密展出燃料电池新微型泵

在2005年11月9日～11日于日本科学技术馆举行的“第16届微机械展”上，日本斯大精密（StarMicronics）展出了面向笔记本电脑的设想用于燃料电池的燃料供给等的微型泵。除改变了膜片及阀门使用的材料外，还通过改进内部构造，增加了无需改变外形尺寸即可提高最大流量的型号。

材料方面，膜片采用COC(环烯烃共聚物)树脂，阀门采用EPDM(三元乙丙)橡胶。而原来所有部件使用的均是聚丙烯树脂。与聚丙烯树脂相比，COC树脂及EPDM橡胶材料在成形后形状的稳定性较高，提高了产品的成品率。要想实现燃料电池的实用化，就需要提高燃料供给用的微型泵的量产性，因此在材料上加大了研究力度。119压水核电站气冷核反应堆

核聚变反应器的第一壁材料120风能有望成为中国第三大发电电源

如果充分开发，中国有能力在2020年实现4000万千瓦的风电装机容量，风电将超过核电成为中国第三大主力发电电源。截至2004年底，中国有43家风电场，安装1291台风力发电机组，并网风力发电装机容量为76万千瓦，名列世界第十，亚洲第三。过去三年中，中国风电装机容量增长速率逐年递增，分别为16.4％、21.1％和34.7％。121风力发电叶片最大尺寸:每个叶片的重量为50吨.122电缆桥架123交通运输汽车城市交通124汽车工业用新型复合材料技术

欧文康宁（Owens

Cornig）公司汽车开发业务部和拜耳（Bayer）公司聚氨脂部联手开发玻璃纤维增强聚氨脂复合材料，代替汽车结构件上的传统材料。

为扩大复合材料在汽车领域中的应用提供了一种新的途径。已经用整体模塑复合材料卡车箱证明了这种复合材料是替代传统金属制品的一种新途径，这种卡车箱已经在GM

Silverado上得到大规模应用。

这种卡车箱比金属轻而且也更耐用，能为汽车制造商降低成本，而且性能使用户受益。希望下一步在汽车设计中用其代替金属作结构件。125汽车储气罐126纳米复合材料用于汽车业

现在，塑料纳米复合材料已经广泛用来用来制备汽车部件。美国Nobel聚合物公司生产的含6%纳米粘土的PP纳米复合材料，已替代30%玻纤增强PP复合材料，用于制造Honda（本田）汽车公司2004年推出的AccuraTL型轿车的座位支架。该公司今年纳米复合材料的销售目标为3000－4000吨。美国南方粘土公司也已开始向GM（通用汽车）公司供应纳米复合材料，用于做汽车外饰件。Basell（巴塞尔）公司开发的PP纳米复合材料则已用于Impala牌汽车的边板部件。127回顾百年汽车之最

最节油的汽车1994年，日本本田汽车公司的一个汽车科研小组，创造了世界节油新纪录：仅耗1升汽油而行驶了3000公里的路程。该车装用排量为0.043升的单缸发动机，车身由超轻型碳纤维增强复合材料制成，整个汽车自重仅28公斤。世界上最美的汽车

05年10款最昂贵汽车

比五星级酒店更豪华的超级房车

奥迪A8L6.0W12Quattro防弹车

全球最冷门超级跑车

128汽车业发展依靠三大“法宝”

汽车的未来靠新材料支撑

环保、轻质、节能是未来汽车发展主题，汽车的未来靠新材料支撑，新能源汽车和传统汽车的节能技术，已成为当前全球汽车工业的开发研究热点，汽车轻量化也成为当前汽车技术的主要发展方向。研究表明，轿车重量减轻10％，燃油消耗可减少6％。减轻汽车的自重，是降低油耗、节约能源、减少汽车排放的最有效途径。汽车轻量化水平的高低已成为汽车行业竞争力强弱的标志，成为汽车工业可持续发展的核心问题，而要实现轻量化新材料在自主开发车型中的应用，必须掌握汽车新材料的设计、成型、焊接、涂装等技术。汽车材料是汽车品质的基础，汽车技术的发展在很大程度上依托于汽车材料的发展。要研制更经济的汽车，就必须使用更轻便的材料，这已经成为汽车界的一种共识。这几年，铝合金、高强度钢、合成材料等等在汽车中的应用越来越广泛。21世纪的汽车工业中，材料将会取得突飞猛进的发展，材料技术将推动汽车工业的发展，目前一批新型汽车材料如稀土金属、记忆金属、泡沫铝材、稀土永磁材料、高性能复合材料等在快速发展的汽车工业中已经得到越来越广泛的应用。材料技术如果不发展，汽车技术就得不到快速发展。129车站130树脂基复合材料在建筑工业中的应用

树脂基复合材料的建筑性能

（1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。

（2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。131树脂基复合材料的建筑性能

（3）装饰性好。树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。

（4）透光性。透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。（5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m·K)，红砖的导热系数为0.81W(m·K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08W(m·K)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。

132树脂基复合材料的建筑性能（6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。树脂基复合材料的隔音性能虽然不很理想，但它有消逝振动音波及传播音波的作用，经过专门设计的夹层结构，可达到既隔音又隔热的双层效果。（7）电性能玻璃钢具有良好的绝缘性能，它不受电磁波作用，不反射无线电波。通过设计，可使其在很宽的频段内都具有良好的透微波性能，对电通讯系统的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷达天线罩和各种机房。（8）耐化学腐蚀玻璃钢有很好的抗微生物作用和耐酸、碱、有机溶剂及海水腐蚀作用的能力。特别适用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。

（9）透水和吸水性玻璃钢吸湿性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、给水及排水等工程。133塑木复合材料在园林建筑中的应用

木材，和土、石一样，可能是人类最早拿来建造房屋，修路搭桥时使用的材料，直到现在，因为材料的易得，灵活的加工特性和天然的特质，木材，仍然是园林建筑工程中不可缺少的材料之一。但作为天然高分子材料，在自然环境，尤其是和水接触或处在潮湿环境中时，空气的流动、温度的变化、微生物的腐蚀，会让木材很快腐蚀，丧失起使用功能。人们为了延长木制品的使用寿命，不得不进行烘干、防腐、油漆扽二次处理，大大增加了维护成本。WPC因为有塑料的介入，隔离了木质组分和环境的接触，从根本上克服了木材这一缺点，国内外的WPC公司，据称其产品可保10－50年，在潮湿环境和近水环境中，WPC迅速地被关注和使用。上个世纪末，美国海军投入了大笔费用，研制了用于港口、码头的塑木护栏材料，揭开WPC在近水建筑使用的序幕。日本将WPC用于浴室铺板，是WPC适应潮湿环境的范例。在海滨、湖泊、河道旁边，WPC材料的大量使用，构建了众多美仑美奂的建筑案例。

134塑木复合材料的突出优势

1、理化性能:塑木复合材料的物理性能可与硬木相媲美，而其防水、防虫蛀、耐化学品腐蚀性以及耐侯性是一般木材无可比拟的。

2、加工性能:塑木复合材料可以根据需要制作成较大的规格以及十分复杂的形状，这些非人工所能及；并通过无机颜料制作需要的颜色，不需要油漆。

3、性价比:塑木复合材料操作简便，免维护，使用寿命是木材的5倍以上，年均使用费用仅为木材的1/2~1/3。

135塑木复合材料的环保性能

1、原材料:充分回收利用了塑料和木纤维，消除白色污染，减少浪费；

2、无毒害:经过170℃高温加工，且不使用油漆等，产品无毒无害；

3、可回收:到了使用年限后，材料可以重新回收利用，没有二次污染。

136137138西欧复合材料在建筑上的应用概况

西欧复合材料在建筑上的用途以建筑电气和屋面材料为主，这一点与日本以卫生设备为主不同。下面是西欧复合材料在各种建筑用途中的比例：

建筑电气：23%

屋面材料：20%

工业基础设施：19%

卫生设备：11%

其它用途：9%

地面覆面材料：8%

建筑物立面贴面材料：6%

装饰和建筑学用途：4%

此外，玻璃纤维增强聚酰胺复合材料的应用以汽车为主，它的市场份额超过55%，其次是电气、电子工业和家用器具工业。这三项用途占玻璃纤维增强聚酰胺复合材料全部用途的95%以上。139爬梯140农业

复合材料大棚骨架是多种化工原料机制而成，具有钢的质量。竹杆的韧性。又有塑料般的防水性能和柳条般的弯曲弧度。骨架坚固耐用，耐潮、耐腐蚀，抗老化。它较钢架不生锈。较竹木坚固耐用，尤其是克服了钢架的糊炕和锈水滴落菜心．花心现象，使棚内收成加大，更延长塑料膜的寿命，增加了大棚的安全性。

复合材料大棚骨架，用途广泛。不仅用于蔬菜大棚，种植、养殖，还可用于草原蒙古包的搭建等。骨架，可按所需跨度定形生产，可生产直杆．随时弯，便于运输安装。接产单位或个人，中心可去技术人员实地安装机械；调试生产，直到出合格产品。141蔬菜大棚142新型复合材料大棚支架一种硬度胜过水泥、韧度强过竹子、使用寿命比金属更长、易运输、易安装的新型复合材料大棚支架，研制成功并投入使用，这种造价低廉、生产安装简单、坚固耐用、抗冻耐热、耐水防腐的大棚支架，采光面积大，升温快，保温久，比普通大棚温度高3℃～5℃，填补了国内大棚开发应用方面的空白。通过广泛考察，多方取经，博采众长，吸纳各种支架的科学、合理因素和设计构造特点，经过反复的对比、分析、实验，在高新技术的应用上找到了突破口，选用10多种市场上易购易得的化工原料，经科学配方，严密设计，合理加工而成，其强度、硬度、耐压、张力、拉力、耐腐蚀、耐水、防冻等各项指标均符合生产要求，使用寿命10～15年，比钢架还长，且生产成本低廉，所有模具、配方、机械设施总投资不超过5千元，每667m2大棚支架只需2千多元，适用于普通农民反季节栽培瓜菜、花卉、林果、树，是目前国内较为理想的大棚支架。143生体材料

美国防务青睐十大技术

先进多功能材料技术：高分子纤维材料、纳米材料等多种新型材料的使用正在极大地提高士兵生存力和战场适应力。如今已有的功能各异的各种作战服就是最好说明。据英国《新科学家》杂志透露，美国的阿拉莫斯国立实验室已经研制出了一种新型智能防护衣。这种防护衣在具有放射性和有毒性的生物介质中会自动发出报警信号。专家们预测，未来几年内先进的多功能材料将进一步被使用。例如，变色纤维能更准确地根据特殊场所、季节和时间进行伪装。轻型复合材料将改进人体装甲并拯救生命。远程生理状况监视将使指挥人员能够了解士兵的确切身体现状。研究者也在探索能够增强士兵体力的技术。144生物医用材料的研究进展

复合生物材料，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题，目前研究较多的是：合金、碳纤维/高分子材料、无机材料开发新型医用合金材料,生物适应性优良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代钛合金中有毒性的Al、V等，生物亲和性显著提高，,耐蚀及机械性能也有较大改善，在脊椎校正、断骨固定等方面有特殊的应用。以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。

145可植入人体骨内的高分子复合材料

目前使用的骨折内固定材料主要是金属材料和进口高分子材料。金属材料存在骨组织的力学性能不匹配、须二次手术取出和易感染等缺陷，而进口高分子材料则由于在X光下不易显影以及价格昂贵等原因未能在国内推广。研究利用国产原料制备出聚乳酸/羟基磷灰石（PDLLA/HA）复合材料，不仅具有良好的生物相容性和一定的力学强度，而且克服了同类材料在普通X光下不显影的弱点。近两年来，解放军203医院“服乳酸/羟基磷灰石可吸收固定件手术治疗关节周围松质骨骨折”19例临床疗效较为理想：全部病例骨折均固定至愈合无移位，无伤口感染，肢体功能恢复良好。146证实能与动物骨骼一起生长

人造骨复合材料将在人体进行临床实验

研制的人造骨复合材料，证实能够有效地与动物体内的骨骼生长在一起。

中央医院进行的一项动物临床实验显示，移植入猪只大腿骨的复合材料(composite)已经和骨骼组织生长在一起。

在另一个实验中，复合材料被植入脊椎骨之间，以取代损坏的椎间盘。医生解剖了猪只后发现，复合材料也充分发挥了人造椎间盘的角色。

147体育运动

复合材料“造就”奥运会冠军

奥运会冠军人人敬佩，但很少有人想到他(她)们使用的高科技体育器材的作用，环氧复合材料就是其中重要的一种，它曾“造就”奥运冠军。

体育用品材质的优劣对于提高运动成绩的作用是人所共知的。如今，很多运动如自行车、羽毛球、高尔夫和滑雪等，其设备制造商常常利用先进材料提升产品性能，从而实现运动成绩的提高。在悉尼奥运会上，美国花220万美元，由技术专家和体育用品厂商来设计新的运动体育用品，以巩固其在世界竞技体育上的领先地位。

如获得男子自行车公路赛冠军的德国著名车手乌尔里希的“坐骑”是用碳纤维环氧复合材料做的支架，质量仅7.5千克。碳纤维环氧增强塑料复合材料除了能做羽毛球拍、网球拍外，在其他体育用品方面也有体现，比如高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿以及复合材料赛车、游艇等。148体育用品考验复合材料

资料显示，目前体育用品产业是仅次于国防工业率先使用先进塑料复合材料最多的产业。上世纪70年代以前，羽拍的材料几乎全是木材和钢管的天下，后来采用了铝合金，而如今完全是新材料的世界，如高强度碳纤维增强塑料复合材料等，因为这些材料更轻、更强、更耐用，也能吸收更多的振动，同时让球拍制造商在球拍的硬度、球感、击球性能的设计上有更大的发挥空间。149碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中几乎是最高的。在强度、刚度、质量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。一只用碳纤维增强塑料复合材料生产的网球拍，质量仅为200克，只有木质球拍的一半。碳纤维增强塑料复合材料除了能作羽毛球拍、网球拍外，在其他体育用品方面也有体现，比如高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿以及复合材料赛车、游艇等。在足、篮、排三大球身上，我们也会捕捉到复合材料的身影。2002年世界杯的指定用球-----‘飞火流星‘就采用了拜耳公司研制的聚氨酯合成泡沫制作。另外，球体的外层是用一种特别耐磨的聚氨酯材料制成的，使得球体能够在特别恶劣的条件下使用。150151152153154空中翻转身体粉色装束上阵上下翻滚如银狐如蛟龙从天而降155156157158我国复合材料的现状

我国于1958年即开始建立复合材料工业，当时也是以军工需要为主，由此推动了玻璃纤维增强聚酯、环氧和酚醛树脂的通用复合材料问世，70年代又开始发展以碳纤维和芳酰胺纤维为增强体的先进复合材料，用以与“两弹一星”配套。复合材料虽然受到有关国家部门的重视，但发展很不平衡，特别是原材料的配套问题更为突出，加上过去工业基础薄弱所以迄今的总产量约为8万吨，尚低于我国台湾地区的产量，特别是先进复合材料更为逊色。然而在复合材料基础研究方面，无论在宽度和深度上虽不能列为先进，但能与发达国家对话。在国际学术会议上能占靠前的席位，并受到一定的重视。159讨论复合材料在21世纪应起的作用之前，应分析与预测人类在新的世纪面临的问题、社会特点与重点需求。世界发展的趋势是进入高信息化的社会，对生活质量和健康水平的追求会更高。地球存在着非常严重的问题。环境污染地球温室效应、臭氧层破坏、沙漠化、野生动物的灭绝人口膨胀清洁淡水、食物、可耕地能源枯竭石油、天然气、煤、矿产等1.3复合材料在二十一世纪中应起的作用160

人类社会面临的问题、社会特点、重点需求和我国的客观实际。

1、对信息技术提供服务。信息技术包括信息获得、信息处理、信息存储、信息传输和信息执行。信息获得：获信息主要依靠敏感器件的检测，由各种换能材料组成，将外界信息（热、声、磁、辐射）等转换成电信号，磁带（软质磁材等）。161信息存储：信息写入、记录、存储、读出所用的磁性材料，大都为软磁、质细粉混入聚合物基体中所制成的复合材料。信息传输：光导纤维、光缆护套为复合材料。信息执行：除了光、声、图像外，更重要为机械动作上，信息指挥机械手及自动机械，运动部位结构材料低密度、高强度、高强度。162复合材料信息获得敏感器件换能材料信息存储磁记录光记录信息处理芯片封装电路板信息传播光导纤维导波管信息执行机械动作高强高刚163

2、对提高人类生活质量作出贡献。要求：提出舒适性、安全性、健康水平。人类生活：衣、食、住、行。复合材料：间接：衣、食（纺织机械、农棚支架、温室透光板）直接：住、行改善舒适性：复合材料有轻质高强、隔音隔热、减震降噪等特点，舒适度提高；墙体、门窗、内装饰件、洁具，美观耐用，隔音保温。在交通运输方面占其总量最大的份额，优势更加突出。164新进展：美国开发的超音速飞机，半数以上的结构材料为碳纤维增强复合材料。铁路车辆、电动汽车准备采用复合材料保温、降低噪音和减轻震动。日本采用碳纤维-酚醛树脂复合材料，用于新干线的高速列车。提高安全性：复合材料抗冲击韧性好，能吸收冲击能量。目前复合材料用于车器保险杠及轿车的底版，主要利用其无可比拟的抗撞击性能和弹性回复性能，车祸时能减少人体所受的伤害。165复合材料衣纺织机械食蔬菜大棚住建筑材料行交通工具改善舒适性轻质高强、隔音隔热墙体门窗、整体洁具飞机车辆、大小船舰高速列车的车体结构提高安全性抗冲韧性、吸收能量汽车保险杠轿车底板自诊断机敏复合材料高层建筑抗地政灾害提高健康水平修复植入人造器官成分设计、调整应力生物相容性人工关节、夹骨板166提高人类的健康水平：人类病或伤残后，对已损坏的脏器与骨骼进行修复和更换。人工骨骼：人工关节、骨钉、骨夹板由金属转为复合材料（如聚乳酸），避免了应力遮蔽效应，防止新生骨骼的骨质萎缩和疏松。3、决资源短缺和能源微机人类的石油、天然气、煤炭于下世纪枯竭，陆地原材料矿藏也陆续短缺，要加快从海洋中开发资源，从空间开发。

167

在开发新资源和节约能源方面：光电池的框架复合材料最为理想；风力发电：叶片及