复合材料基础.

1、长沙航空职业技术学院航空装备维修工程系复合材料基础复合材料基础航空装备维修工程系目的：目的：1.1.了解了解复合材料的组成、种类、性能特点复合材料的组成、种类、性能特点2.2.了解复合材料了解复合材料在航空工业上的应用。在航空工业上的应用。 概论（前世今生） 分类 纤维增强复合材料航空装备维修工程系 概 论航空装备维修工程系我们都是复合材料我们都是复合材料航空装备维修工程系我们都是复合材料我们都是复合材料复合材料贯穿着人类的历史！复合材料填满了我们的生活！航空装备维修工程系自然界的馈赠自然界的馈赠竹纤维+木质素+果胶航空装备维修工程系自然界的馈赠自然界的馈赠纤维素+木质素=坚韧的树木航空装备维

2、修工程系复合材料的复合材料的“前世前世”远古的复合材料（距今5000年）陕西半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“前世前世”古代的复合材料漆器夹纻胎（两汉中期以后）做法是以木或泥做成内胎，再以涂漆灰的麻布等裱糊若干层，干实后，去掉内胎，最后在麻布壳上髹漆。这种轻巧的胎体初见于战国，秦代尚不多见，两汉中期以后逐渐流行，成为最普及的制胎方法。航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“前世前世”近现代的复合材料高楼高楼大厦大厦石石沙沙钢钢 筋筋水水 泥泥航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“前世前世”近现代的复合材料高楼高楼大厦大厦石石沙沙钢钢 筋筋水水 泥泥“我们住

3、在复合材料里”航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“今生今生”20世纪世纪40年代，年代，学术界正式开始学术界正式开始使用使用“复合材料复合材料”（composite materials ）一词。一词。“复合材料”真正的诞生了！航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“今生今生”不饱和聚酯玻璃纤维玻璃钢第一代复合材料 1940-1960航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“今生今生”第二代复合材料 1960-1980碳/凯夫拉纤维环氧树脂飞机结构件航空装备维修工程系复合材料的复合材料的“今生今生”第三代复合材料 1980-1990碳纤维金属基体航空航天结构件航空装备维修工程系复合材料的复合材

4、料的“今生今生”第四代复合材料1990至今至今结构功能一体化：隐身飞机智能材料：能够自我组装的材料航空装备维修工程系复合材料的蓬勃发展复合材料的蓬勃发展现今，复合材料覆盖了国民生活的各个领域现今，复合材料覆盖了国民生活的各个领域航空装备维修工程系复合材料与体育复合材料与体育 体育休闲用品领域复合材料的应用开发早 目前占有30 %以上的市场份额。航空装备维修工程系复合材料与交通复合材料与交通宝马复合材料概念车迷你碳纤维游艇迷你碳纤维游艇碳纤维车架航空装备维修工程系复合材料与能源复合材料与能源风力发电机的叶片风力发电机的叶片海上钻井平台海上钻井平台护栏护栏、扶手、扶手、通道、通道、油箱和油罐油箱和

5、油罐航空装备维修工程系复合材料与航空复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现战斗机是复合材料发展水平的集中体现航空装备维修工程系复合材料与航空复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现战斗机是复合材料发展水平的集中体现航空装备维修工程系复合材料与航空复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现战斗机是复合材料发展水平的集中体现航空装备维修工程系复合材料与航空复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现战斗机是复合材料发展水平的集中体现航空装备维修工程系复合材料与航空复合材料与航空运输运输类飞机是复合材料技术成熟的体现类飞机是复合材料技术成熟的体现波音波音737 波音波音7

6、47 波音波音757波音波音767波音波音777 波音波音787 5%50%航空装备维修工程系复合材料产业的现状复合材料产业的现状交通运输交通运输建筑建筑工业设备工业设备基础工程基础工程船舶船舶其他其他全球全球24%18%26%7%6%19%中国中国5%32%10%39%3%11% 复合材料工业的复合材料工业的发展速度远发展速度远高于世界经济的增长速度高于世界经济的增长速度，全球，全球树脂基树脂基复合材料的年平均增长率在复合材料的年平均增长率在5%以上，其中亚太地区的增长率可达以上，其中亚太地区的增长率可达7%（中国约为中国约为9.5%、印度约为、印度约为15%、欧洲和北美地区为、欧洲和北美地

7、区为4%）。表表1 复合材料产品消费分布情况复合材料产品消费分布情况 目前目前全球复合材料从业人员约全球复合材料从业人员约4545万人万人，总产值约，总产值约10001000亿欧元。亿欧元。 我国我国20092009年产量达年产量达323323万吨，已先后超过德国、日本而居世界万吨，已先后超过德国、日本而居世界第二位第二位，并接近，并接近居世界首位的美国水平。居世界首位的美国水平。 航空装备维修工程系复合材料的未来复合材料的未来复合材料复合材料产业的蓬产业的蓬勃发展勃发展航空装备维修工程系复合材料产业亟需人才复合材料产业亟需人才 复合材料制造领域复合材料制造领域大型自动铺带机大型自动铺带机手工

8、成型手工成型航空装备维修工程系 复合材料装配领域复合材料装配领域自动化的精密机床自动化的精密机床人工装配人工装配复合材料产业亟需人才复合材料产业亟需人才航空装备维修工程系 复合材料维修复合材料维修无尘室内的修理无尘室内的修理外场修理外场修理复合材料产业亟需人才复合材料产业亟需人才航空装备维修工程系 复合材料检验复合材料检验复合材料无损检测复合材料无损检测红外热成像红外热成像常规检测常规检测复合材料产业亟需人才复合材料产业亟需人才航空装备维修工程系 命 名 与 分 类航空装备维修工程系中关于复合中关于复合材料的定义为：材料的定义为：根据根据应用的需要进行设计，把应用的需要进行设计，把两两种以上种

9、以上的有机聚合物材料，或无的有机聚合物材料，或无机非金属材料，或金属材料组合机非金属材料，或金属材料组合在一起，使之在一起，使之互补性能优势互补性能优势，从，从而制成的一类新型材料而制成的一类新型材料。什么是复合材料？什么是复合材料？可设计性人工制造复合效应航空装备维修工程系航空装备维修工程系什么是复材的可设计性？什么是复材的可设计性？航空装备维修工程系航空装备维修工程系航空装备维修工程系38 以以下面五点概括了下面五点概括了：1 1、复合材料的组分和相对含量是由、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计人工选择和设计的；的；2 2、复合材料是以、复合材料是以人工制造人工制造而非天然形成的（

10、区别于具有而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）某些复合材料形态特征的天然物质）；3 3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有保持其固有的的物理和化学性质（区别于化合物和合金）物理和化学性质（区别于化合物和合金）；4 4、复合材料的性能取决于、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同各组成相性能的协同。复合材。复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的；材料性能所不及或不同的；5 5、复合材料是各组分之间被、复合材料是各组分之间被明显界面明显界面区

11、分的区分的多相材料多相材料。航空装备维修工程系39 复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，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比较共同的趋势是根据来命名，通来命名，通常有以下三种情况：常有以下三种情况：复合材料复合材料的命名的命名航空装备维修工程系40（1）强调基体时强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合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。材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。（2）强调增强体时强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤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

12、粒增强维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等复合材料等。（3）基体材料名称与增强体材料并用基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常。这种命名方法常用来表示某一种用来表示某一种具体的复合材料具体的复合材料，习惯上把，习惯上把增强体材料增强体材料的名称放在的名称放在前面前面，基体材料基体材料的名称放在的名称放在后面后面。复合材料复合材料的命名的命名航空装备维修工程系41如如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为，或简称为“玻璃纤维玻璃纤维/环氧树脂复合材料环氧树脂复合材料或或玻璃纤维玻璃纤维/环环氧氧”。碳纤碳纤维和金属基体构成的复合材料叫

13、维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料金属基复合材料”，也可写为也可写为“碳金属复合材料碳金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复。碳纤维和碳构成的复合材料叫合材料叫“碳碳复合材料碳碳复合材料”。 国外还常用国外还常用来表示，如来表示，如MMC（Metal Matrix Composite）表示金表示金属基复合材料，属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料，而玻表示纤维增强塑料，而玻璃纤维璃纤维/环氧则表示为环氧则表示为GF/Epoxy, 或或G/Ep(G-Ep)复合材料复合材料的命名的命名航空装备维修工程系航空装备维修工程系43 纤维增强纤维

14、增强复合材料分为以下五种：复合材料分为以下五种： 复合材料；复合材料； 复合材料；复合材料； （芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维（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；等）复合材料； （如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； （如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。复合材料复合材料的分类的分类航空装备维修工程系典型复合材料典型复合材料用玻璃纤维增强用玻璃纤维增强的复合材料，即的复合材料，即。航空装备维修工程系玻璃纤维（玻璃纤维（GF）的）的分类分类1 1）以玻璃原料成分分类（用于连续

15、）以玻璃原料成分分类（用于连续GF的分类）的分类） 一般以不同的一般以不同的碱金属氧化物碱金属氧化物含量来区分。含量来区分。 无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维（E玻璃纤维）玻璃纤维） 碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量 0.05%0.05% 化学稳定性、电绝缘性能、强度好化学稳定性、电绝缘性能、强度好 主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等航空装备维修工程系 中碱玻璃纤维（中碱玻璃纤维（C玻璃纤维）玻璃纤维） 碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量11.5-12.5%11.5-12.5% 含碱量高，不能用作电绝缘材料，但其化学稳定性和含碱量高，不能用作电绝缘材料，但其化学

16、稳定性和强度尚好。强度尚好。 一般用作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基一般用作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基材等，也可作对电性能和强度要求不很严格的玻璃钢增强材材等，也可作对电性能和强度要求不很严格的玻璃钢增强材料。料。 成本较低，用途较广。成本较低，用途较广。 航空装备维修工程系 高碱玻璃纤维（高碱玻璃纤维（A玻璃纤维）玻璃纤维） 碱金属氧化物含量碱金属氧化物含量 1515 如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻璃纤维均属此类。玻璃纤维均属此类。 可用作蓄电瓶的隔离片、管道包扎布和毡片等防水、防可用作蓄电瓶的隔离片、管

17、道包扎布和毡片等防水、防潮材料。潮材料。航空装备维修工程系羊毛羊毛亚麻亚麻棉花棉花生丝生丝尼龙尼龙高强合高强合金钢金钢铝合铝合金金玻璃玻璃玻璃玻璃纤维纤维纤维直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状58拉伸强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000航空装备维修工程系纤维种类纤维种类弹性模量弹性模量(MPa)延伸率延伸率(%)无碱纤维无碱纤维(E)720003.0有碱纤维有碱纤维(A)660002.7棉纤维棉纤维10000120007.8羊毛纤维羊毛纤维60002535亚麻纤维亚麻纤维300005000023芳纶纤

18、维芳纶纤维30002025高合金钢高合金钢160000铝合金铝合金4200046000航空装备维修工程系羊毛羊毛亚麻亚麻棉花棉花生丝生丝尼龙尼龙高强合高强合金钢金钢铝合铝合金金玻璃玻璃玻璃玻璃纤维纤维纤维直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状58拉伸强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000航空装备维修工程系51用玻璃纤维增强用玻璃纤维增强的复合材料，即的复合材料，即。玻璃钢分。玻璃钢分为两种，即为两种，即和和。航空装备维修工程系52 热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以为为粘结剂制成的复合材料。粘结剂制成的复合材料。 热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以为为粘结剂制成的复合材料。粘结剂制成的复合材料。航空装备维修工程系航空装备维修工程系航空装备维修工程系航空装备维修工程系航空装备维修工程系57、碳纤维碳纤维/环氧环氧复合材料复合材料：作基体的：作基体的树脂树脂，目前应用最多