纺织结构复合材料学习教案

1、会计学1纺织纺织(fngzh)结构复合材料结构复合材料第一页，共74页。第1页/共74页第二页，共74页。第2页/共74页第三页，共74页。但一般认为它们应属于具有复合材料形态的天然材料。这样，复合材料的含义就还应该包括：人工制造、成分由人们有意识的选择；具有重复的几何形状等。第3页/共74页第四页，共74页。第4页/共74页第五页，共74页。第5页/共74页第六页，共74页。第6页/共74页第七页，共74页。第7页/共74页第八页，共74页。第8页/共74页第九页，共74页。（1） 结构复合材料结构复合材料主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

2、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。主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。结构复合材料的特点：可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材和增强体排布设计结构复合材料的特点：可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材和增强体排布设计(shj)，从而充分发挥各组元的效能。，从而充分发挥各组元的效能。2） 功能复合材料功能复合材料指具备各种特殊物理与化学性能的材料。指具备各种特殊物理与化学性能的材料。例如：声、光、电、磁、热、

3、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。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。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。第9页/共74页第十页，共74页。第10页/共74页第十一页，共74页。第一代第一代第二代第二代第三代第三代氧化铝纤维氧化铝纤维(xinwi)玻璃纤维玻璃纤维(b lixinwi)硼纤维硼纤维(xinwi)碳纤

4、维碳纤维芳族聚酰胺芳族聚酰胺晶晶 须须+ 高韧性高韧性高弹性高弹性 轻量轻量 耐热性耐热性工程塑料工程塑料环境扩大环境扩大碳化硅纤维碳化硅纤维金金 属属陶陶 瓷瓷石石 墨墨泡沫材料泡沫材料混凝土混凝土石石 膏膏功能功能复合材料复合材料延伸与韧性延伸与韧性氮化铝纤维氮化铝纤维石墨纤维石墨纤维功能化功能化定向凝固定向凝固共晶共晶自增强塑自增强塑料料扩散接合扩散接合表面处理表面处理CVD(化学气相沉积化学气相沉积)CVI(化学气相渗透化学气相渗透) CIP, HIP -SiC -Al2O3Si3N4石墨石墨聚聚 脂脂金属纤维金属纤维聚酰亚硝聚酰亚硝胺胺第11页/共74页第十二页，共74页。第12页/

5、共74页第十三页，共74页。信息获得(hud)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人类已经进入人类已经进入了高度信息化了高度信息化的社会的社会 信息技术的每信息技术的每一步发展都与一步发展都与材料息息相关材料息息相关 第13页/共74页第十四页，共74页。衣衣纺织机械纺织机械食食蔬菜蔬菜(shci)大棚大棚住住建筑材料建筑材料行行交通工具交通工具改善舒适性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

6、提高健康水平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、夹骨板第14页/共74页第十五页，共74页。开发新能源(nngyun)与节约能源(nngyun)挖掘尚未被利用(lyng)的能源开发海洋与空间使基础设施延长寿命提高太阳能的转换率（光电池、框架）风力发电装置（大型化的叶片、支柱）核燃料（铀分离转子）；潮汐发电基础设施建设的重要性高性能纤维增强混凝土，取代钢筋镁（轻量、阻尼性能好，力学性能差）颗粒增强或晶须增强，扩大应用范围野生植物、无机矿物、电厂烟囱煤灰耐高压、耐海水腐蚀的深海勘探装置 （碳纤维增强树脂装置已潜入海下1000m）海上石油平台、空间站、航天器等第15页/

7、共74页第十六页，共74页。第16页/共74页第十七页，共74页。第17页/共74页第十八页，共74页。降低污染整体近净成形降低原材料用量节约加工能耗(nn ho)延长设施寿命功能膜支撑网格碳纤维缠绕气瓶废水治理厂管道利用废弃物材料互补矿渣木屑废塑料麦杆稻草野生植物“绿色”材料自然降解提高性能利用天然纤维透明农膜一此性餐具降解后变为肥料或饲料第18页/共74页第十九页，共74页。不伤害环境，同时能够容易地不伤害环境，同时能够容易地处置或堆肥。处置或堆肥。第19页/共74页第二十页，共74页。第20页/共74页第二十一页，共74页。第21页/共74页第二十二页，共74页。高 性 能 纤维有 机

8、纤维无 机 纤维金 属 纤维芳香族聚酰胺纤维芳香族聚脂纤维(如Xydar)芳香杂环类纤维(如PBO)刚 性链对 位 型 P P T A 纤 维 ( 如Kevlar)间 位 型 P M I A 纤 维 ( 如Nomex)柔 性链超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维高强聚乙烯醇(PVA)纤维高强聚丙烯腈(PAN)纤维其他碳纤维氧化铝纤维碳化硅纤维高强度玻璃纤维其他(如玄武岩纤维)共聚型(如Technora)第22页/共74页第二十三页，共74页。缺点是不耐磨，易折断，易受机械损伤，长期放置强度(qingd)下降。第23页/共74页第二十四页，共74页。第24页/共74页第二十五页，共74页。玻璃钢

9、天线玻璃钢天线(tinxin)反射面反射面玻璃钢建筑材料用于玻璃钢建筑材料用于上海东方明珠电视塔大堂上海东方明珠电视塔大堂(dtng)装潢装潢第25页/共74页第二十六页，共74页。玻璃钢应用玻璃钢应用(yngyng)于体育用品于体育用品第26页/共74页第二十七页，共74页。芳纶纤维(xinwi)第27页/共74页第二十八页，共74页。KEVLAR纤维(xinwi)第28页/共74页第二十九页，共74页。第29页/共74页第三十页，共74页。碳纤维的结构碳纤维的结构(jigu)模型模型Polymer Matrix Composites，PMC 普通型普通型 高强度型高强度型 高弹性模量高弹性

10、模量(tn xn m lin)型型 第30页/共74页第三十一页，共74页。碳纤维片材（复合材料碳纤维片材（复合材料(f h ci lio)）用于建筑物补强加固用于建筑物补强加固第31页/共74页第三十二页，共74页。第32页/共74页第三十三页，共74页。碳纤维增强(zngqing)聚合物基复合材料（CFRP） CFRP在民用飞机中的应用在民用飞机中的应用(yngyng)CFRP在空间站大型结构在空间站大型结构(jigu)以及太阳能电池支架中的应用以及太阳能电池支架中的应用第33页/共74页第三十四页，共74页。价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳

11、。第34页/共74页第三十五页，共74页。为350400GPa。硼纤维具有耐高温和耐中子辐射性能。第35页/共74页第三十六页，共74页。硼纤维在常温为较惰性物质，但在高温下易与金属反应，因此(ync)需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。硼纤维主要用于聚合物基和金属基复合材料。第36页/共74页第三十七页，共74页。硼纤维增强铝基复合材料硼纤维增强铝基复合材料(f h ci lio)用于航天飞机主用于航天飞机主舱体支柱舱体支柱第37页/共74页第三十八页，共74页。第38页/共74页第三十九页，共74页。陶瓷基复合材料。第39页/共74页第四十页，共74页。- 碳化硅碳化硅第40页/共

12、74页第四十一页，共74页。第41页/共74页第四十二页，共74页。第42页/共74页第四十三页，共74页。第43页/共74页第四十四页，共74页。第44页/共74页第四十五页，共74页。纤维密度/gcm-3直径(微米)强度/GPa(cNdtex-1)初始模量/GPa(cNdtex-1)断裂伸长率/%E玻璃纤维2.555253.4(13.3)72.4(283.9)4.7S玻璃纤维2.505254.5(18)86.9(347.6)5.2高强PVA纤维1.3010201.3-2.3(1018)50.7-57.2(390440)4.56.0玄武岩纤维2.653.0571333.5(11.311.5)

13、79.393.1(29.930.5)3.2Kevlar291.43122.9(20.3)70.0(489.5)3.6Kevlar491.45122.9(20.0)135.0(931.0)2.8Kevlar1291.45123.4(23.4)99.0(682.8)3.3Kevlar1491.47122.3(15.6)143.0(972.8)1.5Nomex1.4610200.7(4.8)11.0(75.0)35高强碳纤维1.7873.4(19.1)240.0(1340.0)1.4高模碳纤维1.8352.3(12.3)470.0(2560.0)0.8PBO纤维1.5410155.8(37.7)28

14、0.0(1818.2)3.5UHMWPE纤维0.9720303.5(36.1)156.0(1608.2)2.5硼纤维2.671013.4(12.7)400.0(1498.1)0.9第45页/共74页第四十六页，共74页。0123401234聚丙烯纤维(xinwi)聚酰胺纤维(xinwi)聚酯纤维钢丝(n s)陶瓷纤维硼纤维碳纤维芳族聚酰胺纤维HPPE纤维基于体积的强度基于体积的强度/GPa基于质量的强度基于质量的强度/(N/tex)第46页/共74页第四十七页，共74页。锦纶(jnln)碳纤维HPPE芳族聚酰胺纤维(xinwi)玻璃纤维(b lixinwi)钢丝PES伸长伸长/%比应力比应力/

15、(N/tex)第47页/共74页第四十八页，共74页。第48页/共74页第四十九页，共74页。第49页/共74页第五十页，共74页。第50页/共74页第五十一页，共74页。第51页/共74页第五十二页，共74页。或晶须之间有良好的界面相容性以及较好的工艺性能等。第52页/共74页第五十三页，共74页。第53页/共74页第五十四页，共74页。CMC的应用的应用(yngyng)第54页/共74页第五十五页，共74页。C/C在航天在航天(hngtin)领域中的应用领域中的应用C/C作为作为(zuwi)刹车盘刹车盘第55页/共74页第五十六页，共74页。第56页/共74页第五十七页，共74页。第57页

16、/共74页第五十八页，共74页。HOCHCH2CH3OCOCHCHCOOCHCH2CH3OCOCOOHnHOCHCH2CH3O COCHCHCOOCHCH2CH3OCOCOOHnCCH3CH3OCH2OCHCH2CH3CHOOCH3CCCHOCHCCHOOOCHCHOOn邻苯型不饱和聚酯：间苯型不饱和聚酯：双酚型不饱和聚酯：第58页/共74页第五十九页，共74页。纤维的粘附性不够纤维的粘附性不够(bgu)(bgu)好，好，但断裂延伸率低，脆性大。但断裂延伸率低，脆性大。第59页/共74页第六十页，共74页。CH2CHCH2OCCH3CH3OO CH2CHCH2OHOCCH3CH3CH2CHOC

17、H2Onn = 019双酚型环氧树脂(hun yn sh zh)：CH2CH2OOOH2CHCCH2H2CHCCH2H2CHCCH2OOOn酚醛环氧树脂(hun yn sh zh)：第60页/共74页第六十一页，共74页。耐烧蚀材料等，很少使用在耐烧蚀材料等，很少使用在碳纤维和有机纤维复合材料碳纤维和有机纤维复合材料中。中。OHn+ nCHOHOHCH2n+ nH2O苯酚甲醛酚醛树脂第61页/共74页第六十二页，共74页。尽管纤维增强材料的作用是承受尽管纤维增强材料的作用是承受载荷，但是基体材料的力学性能载荷，但是基体材料的力学性能会明显地影响会明显地影响(yngxing)纤维的纤维的工作方式

18、及其效率。工作方式及其效率。第62页/共74页第六十三页，共74页。第63页/共74页第六十四页，共74页。第64页/共74页第六十五页，共74页。第65页/共74页第六十六页，共74页。NiVPP1iicPc ：复合材料(f h ci lio)的某性能，如强度、弹性模量、热导率等；Pi ：各组分材料的对应复合材料(f h ci lio)的某性能；V ：组成复合材料(f h ci lio)各组分的体积百分比；i：表示组成复合材料(f h ci lio)的组分数。第66页/共74页第六十七页，共74页。SiC/硼硅玻璃复合材料的强度硼硅玻璃复合材料的强度随纤维随纤维(xinwi)体积含量线性增加体积含量线性增加第67页/共74页第六十八页，共74页。颗粒增强复合材料的颗粒增强复合材料的弹性模量弹性模量(tn xn m lin)与颗粒体积分与颗粒体积分量的关系量的关系第68页/共74页第六十