高中化学 第4章第3节复合材料同步素材 鲁科版必修1

1 第第 4 4 节节 复合材料复合材料 神舟 6 号 载人飞船穿过大气层时 外壳和大气层摩擦产生几千摄氏度的高温 是 什么材料经受了这种考验而安然无恙呢 运动员在登山时用的保险绳 滑雪时用的滑雪板 及钓鱼竿上的渔线等这些小巧 灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢 研习教材重难点 研习点研习点 1 1 认识复合材料认识复合材料 1 材料科学的发展过程 材料科学的发展经历了天然材料 无机非金属材料 金属材料 有机合成材料 复合 材料这五个过程 其中 无机非金属材料主要包括陶瓷材料 玻璃材料 无机非金属涂层材料等 此类 材料一般耐高温 抗腐蚀 有些材料还有独特的光电特性 硅酸盐材料主要指水泥 玻璃 陶瓷等 是传统的无机非金属材料 而半导体材料 超硬耐高温材料 发光材料等是新型 无机非金属材料 交流 研讨 单一材料的优缺点 材料实例优点缺点 金属材料钢铁硬度大 机械性能好易被腐蚀 无机非金属材 料 普通玻璃性质稳定 熔点高易破碎 有机合成材料塑料 强度大 电绝缘 良好的 热塑性 热固性 易燃烧 易老化 废弃 后不易分解 2 复合材料的定义及组成 在撑杆跳项目中 运动员使用的撑杆的材料 既不是金属材料 无机非金属材料 也 不是有机合成材料 这种材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的 像 这样的材料称为复合材料 复合材料由两部分组成 一部分称为基体 在复合材料中起黏结作用 另一部分称为 增强体 在复合材料中起骨架作用 3 复合材料的分类 按基体分类 可分为树脂基复合材料 金属基复合材料和陶瓷基复合材料 按增强体分 可分为颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料和纤维增强复合材料 领悟 整合 现在 金属材料 无机非金属材料和有机合成材料都在蓬勃的发展 虽然它们都具有 各自的特点 但随着社会需求的发展 材料也走上了无机材料和有机材料综合发展的复合 材料之路 材料复合后 既保持了原有材料的特点 又使各组分之间协同作用 形成了优 于原材料的特性 又可以充分利用能源 节约能源 因此世界各国都在大力开展复合材料 的研究 研习点研习点 2 2 形形色色的复合材料形形色色的复合材料 1 生产 生活中的复合材料 1 玻璃钢 玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体 合成树脂做基体的复合材料 在制造玻璃钢时 可以将玻璃纤维制成纱或织物加到合成树脂中 也可以把玻璃纤维 切成短纤维加到合成树脂中 除了普通玻璃纤维外 还可以根据需要选用耐化学腐蚀 耐 2 高温或强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体 玻璃钢的强度可以达到甚至超过合金钢的强度 而密度只有钢铁的 1 5 左右 同时 这种材料保持着较好的耐化学腐蚀 电绝缘性和机械加工性能 而且又不像普通玻璃那样 硬 脆 玻璃钢目前以大量用于游乐车 水上滑梯 运输罐 电话亭 餐桌椅等产品的生 产 这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻 强度高 耐水 耐磨 耐撞 产品美观及制造方 便等特点 此外 玻璃钢在排水管道工程中也得到了广泛的应用 玻璃钢虽有很多优点 但其刚性不如钢铁 即受力后形变较大 其次是耐高温性能较 差 当温度超过 400 时 强度不易保持 为了改善这些性能 出现了强度和刚性均高的 碳纤维 硼纤维等增强材料 2 碳纤维增强复合材料 在合成树脂中加入碳纤维做增强体的复合材料叫做碳纤维增强复合材料 其特点是韧 性好 强度高 质轻 碳纤维增强复合材料被广泛用于制造高尔夫球杆 网球拍 钓鱼竿 赛车 赛艇 滑雪板和冲浪板等体育用品 也广泛用在纺织机械和化工机械的制造 以及 医学上人体组织中韧带的制作等 2 航空 航天领域中的复合材料 飞机 火箭的机翼和机身以及导弹的壳体 尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体 金属为基体的复合材料作为增强体的纤维是碳纤维 硼纤维 碳化硅纤维和氧化铝纤维等 耐热性好的纤维 作为基体的金属用得较多的是铝 镁 钛等密度小的轻金属 这类材料 的特点是耐高温 强度高 导电性和导热性好 不吸湿 不易老化 航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成 其增强体多 为碳纤维 碳化硅纤维和氧化硅纤维 基体的主要成分是各种陶瓷 这种纤维增强陶瓷保 持了陶瓷耐高温的特性 又增强了陶瓷的韧性 使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球 领悟 整合 现在 材料的复合正向着精细化方向发展 出现了诸如仿生复合 纳米复合 分子复 合 智能复合等新方法 随着科技的进步 复合材料有着不可估量的应用前景 可以说 当前人类已经从合成材料时代进入复合材料时代 开拓学习新视野开拓学习新视野 课标知识拓展课标知识拓展 思想方法 1 充分利用 联想 质疑 栏目 导入新内容的学习 结合自己的经验引导学生从 材料的应用入手 分析材料具备的性能 2 复合 引起材料性能的巨大改变可能是同学们始料不及的 应重点对材料复合 引起的性能变化进行讨论 通过讨论建立从化学的角度认识材料 从材料和应用的角度学 习元素化合物的观点和方法 3 学习过程中 应充分利用本节对材料进行分类 进一步体会元素与物质世界 元 素与材料世界的关系 实际上 也是对本册教材中元素化合物知识的整合 多彩化学漫步多彩化学漫步 载人飞船用复合材料填补了国内多项空白载人飞船用复合材料填补了国内多项空白 神六 飞上太空 哈尔滨玻璃钢研究院的员工都很激动 因为 神六 用了该院的 碳纤维复合材料后 飞船的重量减轻了 30 以上 进一步确保了飞船推进系统精度和仪器 设备的稳定性 哈尔滨玻璃钢研究院是去年 6 月承接神舟系列飞船配套项目研制工作的 据该项目主 3 要负责人玻璃钢研究院副总工程师林再文介绍 该院一直在为神舟系列飞船提供大型先进 复合材料结构件 仅上天的产品就已经提供了 6 套 其中为 神六 提供的推进舱承力截 锥 推进舱气瓶安装支架 轨道舱安装支板等三种大型碳纤维复合材料承力结构飞船部件 具有高承载 高刚度 质量轻的特点 特别是推进舱承力截锥组件属于大尺寸 薄壁 大 开口复合材料结构 是目前国内航天器上使用的尺寸最大 开口最大的碳纤维复合材料主 承力结构件 是国内外首次在载人飞船上使用的大开孔碳纤维复合材料结构 也是技术难 度最大 尺寸精度最难保证的一种复合材料薄壁壳体结构 据悉 该院科技人员攻克了一个又一个技术难关 有效地解决了神舟 6 号载人飞船用 复合材料结构件和专用材料的瓶颈技术 使飞船结构质量减轻 30 以上 填补了国内多项 空白 问题 问题 碳纤维复合材料的基体和增强体分别是什么 碳纤维复合材料有什么优点 将 其合理的应用于汽车 航空 航天等事业中的应用有什么重要意义 多彩化学漫步多彩化学漫步 答案 答案 碳纤维复合材料 用碳纤维代替玻璃纤维作增强剂的树脂基复合材料被认为 是第二代的纤维增强复合材料 它具有比玻璃纤维更轻的比重和更高的模量 是一种性能 更为优良的增强剂 用它和树脂形成的复合材料 其比重只有钢的 1 4 1 3 而强度则比 钢要高出 3 4 倍 较玻璃钢则高出 6 倍 它为汽车 航空以及宇航等事业的发展开辟了良 好前景 当今碳纤维树脂复合材料是汽车工业中寻找质量轻而强度高的材料 来替代钢材 的一个方面 在保持汽车强度要求下 大幅度减轻汽车重量 可以大量节约汽油的消耗 如美国已在一部分汽车制造中改用纤维复合材料 其年节约汽油达 10 亿加仑以上 碳纤维 树脂合成材料在航空工业中已从不承力部位的应用进入承力部位的应用 如飞机尾翼 主 翼 及其他承力部位的结构均可使用这类材料 当今的波音 757 和 300 301 A310 等大型 客机 均大量使用此种材料 大型民用航机的运输成本中有