【课程大纲】复合材料学

1、复合材料学课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：复合材料学（英文）：Composite Materials Science 课程编号：14351027 课程学分：2.5 课程总学时：40 课程性质：专业课 二、课程内容简介 （300字以内）复合材料是材料类学科中最具活力的领域之一，由于现代科学技术的迅速发展，对材料的各种性能提出了更高的要求，即力求性能全优的新型材料，而只有采取将各种材料的优越性能集于一体即复合材料技术才能满足这种要求。因此本课程在介绍复合材料学的发展简史、复合材料学的研究内容、复合材料设计、复合材料成型与加工工艺、复合材料应用等的基础 上，重点对纤维增强复合材料、生物质复合材

2、料、木塑复合材料等内容进行详细介绍。本课程是针对材料科学与工程专业学生开设的一门专业核心课程，是学生在学完了高分子材料学、材料科学与工程基础等专业基础课程之后而开设的课程，旨在拓宽学生的知识面， 增强思维能力，为毕业后从事科研或其它相关工作打下坚实基础。 三、教学目标与要求通过本课程的学习，学生应对复合材料的发展概况有一个基本的了解，掌握复合材料的基本知识，包括增强原理，基体、增强体材料，复合材料的界面，熟悉各类复合材料的制备 方法、性能特点和应用。 四、教学内容与学时安排绪论 （2学时）.教学目的与要求：了解：复合材料的发展概况和应用领域。掌握：复合材料的概念、组成、分类、特性。.教学重点与

3、难点：重点：复合材料的定义；复合材料的分类方法；复合材料的主要特性；复合材料的应 用领域。难点：复合材料概念的理解。第一章复合材料基体（4学时）.教学目的与要求：了解：聚合物基体的制备过程、改性方法和应用。掌握：聚合物基体的作用、分类、选择原则、性能特点；金属基体的选择原则；陶瓷基 体的种类和特点。.教学重点与难点：重点：聚合物基体和陶瓷基体的性能特点及选择依据。第一节金属基体 （1学时） 一、选择基体的基本原则（一）MMC的使用要求 （二）MMC的组成特点 （三）基体金属与增强物的相容性二、结构复合材料的基体（一）用于450 c以下的MMC轻金属基体（二）用于 450-700 C的MMC金属

4、基体（三）用于1000 c以上的高温 MMC的金属基体三、功能用 MMC的基体第二节陶瓷基体材料 （1学时）一、陶瓷材料发展历史和概念内涵二、陶瓷分类（一）按化学成分分类（二）按功能和用途分三、陶瓷材料的特点四、陶瓷的力学性能第三节聚合物基体材料 （2学时）一、聚合物基体的作用二、聚合物基体材料分类（一）按树脂热行为（二）按树脂特性及用途（三）按成型工艺分为三、聚合物基体的选择四、热固性树脂（一）不饱和聚酯树脂（二）环氧树脂（三）酚醛树脂（四）其它热固性树脂五、热塑性树脂（一）聚酰胺（PA俗称尼龙）（二）聚碳酸酯（PC）（三）聚碉第二章复合材料增强体（7学时）.教学目的与要求：了解：增强体的分

5、类、发展和应用。掌握：增强体特性，玻璃纤维、碳纤维、芳酰胺（芳纶）纤维、麻纤维、竹纤维的结构、 性能和制备方法。.教学重点与难点：重点：各种增强体的特性及应用。难点：各种增强体材料的结构和性能。第一节无机纤维 （2学时）一、玻璃纤维（一）玻璃纤维的分类（二）玻璃纤维的结构和化学组成（三）玻璃纤维的性能（四）玻璃纤维的制造工艺（五）玻璃纤维在复合材料中的应用二、碳纤维（一）碳纤维分类（二）碳纤维的结构（三）碳纤维的性能（四）碳纤维的制造（五）碳纤维在复合材料中的应用三、陶瓷纤维（一）碳化硅纤维（二）氧化铝纤维四、硼纤维（一）硼纤维的性能特点（二）硼纤维的制备第二节 有机纤维 （3学时）一、芳酰胺

6、（芳纶）纤维（一）概述（二）芳纶纤维性能特点（三）芳纶纤维的制造（四）芳纶纤维的用途二、麻纤维（一）概述（二）麻纤维分类和类型（三）大麻纤维（四）黄麻纤维（五）亚麻纤维（六）剑麻纤维（七）芒麻纤维（八）麻纤维在复合材料中的应用三、竹纤维（一）概述（二）竹纤维分类（三）竹纤维结构（四）竹纤维性能（五）竹纤维制取（六）竹纤维在复合材料中的应用第三节晶须及颗粒增强物（1学时）一、晶须（一）硼酸铝晶须（二）氧化锌晶须（三）碳晶须二、颗粒增强体（一）刚性颗粒增强体（二）延性颗粒增强体第四节助剂 （1学时）（一）偶联剂（二）阻燃剂（三）脱模剂第三章 复合材料设计基础 （4学时）.教学目的与要求：了解：界面

7、表征方法，复合效应以及复合材料性能、工艺设计特点及方法。掌握：复合材料界面定义、组成和作用，界面理论，界面设计方法，复合原理。.教学重点与难点：重点：界面的定义；界面效应；界面表征；复合效应；复合材料设计内容和步骤。 难点：界面形成理论。第一节复合材料界面及其优化（2学时）一、复合材料界面定义二、复合材料界面效应（一）传递效应（二）阻断效应（三）不连续效应（四）散射和吸收效应（五）诱导效应三、界面理论（一）机械结合（二）溶解和润湿结合（三）化学结合（四）其他结合（五）混合结合四、界面及界面改性方法（一）聚合物基复合材料的界面（二）陶瓷基复合材料的界面五、界面的表征六、复合材料界面优化设计第二节

8、复合效应与复合原理（1学时）一、复合效应（一） 平均效应（二）平行效应（三）相补效应（四）相抵效应（五）相乘效应（六）诱导效应（七）共振效应（八）系统效应二、复合原理（一）复合材料增强理论（二）物理性能的复合法则第三节复合材料的设计（1学时）一、复合材料设计的步骤二、复合材料设计的内容第四章复合材料成型与加工工艺（5学时）.教学目的与要求：了解：各种复合材料成型设备、成型原理。掌握：复合材料各种成型方法、特点和工艺。.教学重点与难点：重点：各种成型工艺的特点、工艺流程、应用、主要设备。难点：各种成型原理。第一节挤出成型 （1学时）一、概述（一）挤出成型（二）挤出成型特点二、挤出成型设备（一）挤

9、出机主机（二）挤出机辅助设备（三）控制系统三、挤出成型设备原理与工艺（一）挤出成型原理（二）挤出成型工艺第二节注射成型（1学时）一、概述（一）注射成型（二）注射成型特点二、注射成型设备（一）注射系统（二）合模系统（三）传动部分（四）控制系统三、注射机参数（一）注射部分参数（二）合模部分参数四、注射成型工艺（一）注射成型工艺流程（二）注射成型工艺条件五、增强反应注射成型第三节模压成型（1学时）一、概述（一）模压成型（二）模压成型特点二、模压成型原理三、模压成型工艺流程（一）原材料准备（二）预热（三）熔体充模（四）模内固化（五）制品脱模与冷却（六）模压成型工艺参数四、模压成型分类五、模压成型设备（

10、一）模压机（二）模具（三）辅助设备六、热压罐成型第四节缠绕成型（0.5学时）一、概述二、缠绕成型技术（一）连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍（二）缠绕过程（三）冷却成型和后处理第五节 拉挤成型（0.5学时）一、概述二、拉挤成型工艺（一）隧道炉拉挤工艺（二）间歇成型拉挤工艺（三）高频或微波加热拉挤工艺三、拉挤成型工艺特点第六节 混炼与压延成型（0.5学时）一、混炼（一）概述（二）分类二、压延成型第七节手糊成型与树脂传递模塑成型（0.5学时）一、手糊成型二、树脂传递模塑（RTM ）成型（一）概述（二）原材料（三）模具和设备（四）RTM成型工艺第五章无机纤维增强复合材料（5学时）.教学目的与要求：了解

11、：无机纤维增强复合材料的发展、应用，制备工艺。掌握：无机纤维增强复合材料的种类、特性。.教学重点与难点：重点：各类无机纤维增强复合材料的特点及其应用情况。第一节玻璃纤维增强复合材料（2学时）一、玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料（一）GFRP的优良特性（二）GFRP的不足之处二、玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料（一）玻璃纤维增强聚乙烯（二）玻璃纤维增强聚丙烯（三）玻璃纤维增强聚酰胺（四）玻璃纤维增强聚四氟乙烯（五）玻璃纤维增强聚酯（六）玻璃纤维增强聚苯乙烯（七）玻璃纤维增强其他热塑性塑料第二节碳纤维增强复合材料（2学时）一、碳纤维增强树脂基复合材料（一） 碳纤维增强热固性塑料（二）碳纤维增强热塑

12、性塑料二、碳/碳复合材料（一）碳/碳复合材料的性能（二）碳/碳复合材料的应用三、碳纤维增强陶瓷与金属基复合材料第四节硼纤维增强复合材料（1学时）一、硼/铝复合材料二、硼纤维增强环氧树脂复合材料三、硼纤维增强复合材料的应用第六章有纤维增强复合材料（5学时）.教学目的与要求：了解：有机纤维增强复合材料的发展、应用。掌握：有机纤维增强复合材料的种类、特性及其制备工艺。.教学重点与难点：重点：各类有机纤维增强复合材料的特点及其应用情况。难点：纤维表面改性方法。第一节芳纶纤维增强复合材料（1学时）一、芳纶纤维的表面改性二、芳纶纤维增强复合材料的制备（一）纤维与纤维复合成型（二）纤维与树脂复合成型三、芳纶

13、纤维增强复合材料特性四、芳纶纤维增强复合材料的应用第二节麻纤维增强复合材料（2学时）一、麻纤维的改性（一）热处理（二）化学处理二、麻纤维复合材料成型工艺（一）模压法（二）注射成型工艺法（三）纤维缠绕成型法（四）其他成型工艺法三、麻纤维增强复合材料的应用第三节竹纤维增强复合材料（2学时）一、竹材初加工二、竹材加工机械设备三、竹纤维增强复合材料（一）竹纤维复合材料的发展历程（二）竹纤维增强复合材料的应用四、其他竹基复合材料五、棕桐藤的加工和利用第七章生物质复合材料（4学时）.教学目的与要求：掌握：生物质复合材料的特性。.教学重点与难点：重点：生物质、生物质材料、生物质复合材料的定义；生物质材料的特

14、性、应用。 难点：木材/无机非金属复合材料的制备。第一节生物质复合材料概述（2学时）一、生物质资源概述（1.5学时）（一）生物质定义（二）生物质资源特点（三）生物质材料定义（四）生物质材料分类（五）生物质材料的一般特性特征（六）生物质材料利用（七）生物质材料二、生物质复合材料概述（0.5学时）（一）生物质复合材料定义（二）几种生物质复合材料第二节木材无机非金属复合材料（2学时）一、木材无机非金属复合材料定义二、理论基础三、WIC制备技术方法四、木材无机非金属复合材料的性能五、木材无机非金属复合材料应用现状第八章木塑复合材料（4学时）.教学目的与要求：掌握：木塑复合材料的特性。.教学重点与难点：重点：木塑复合材料的性能、特点、应用。难点：木塑复合材料的配方、制备。第一节概述 （1学时）一、木塑复合材料定义二、木塑复合材料优点三、木塑复合材料发展进程四、木塑复合材料应用五、木塑复合材料发展趋势第二节 木塑复合材料的原料（1学时）一、塑料原料二、木材及农业植物纤维原料三、偶联剂和添加剂第三节 木塑复合材料的性能（1学时）一、木塑复合材与实木性能的比较二、木纤维形态对 WPC性能的影响三、WPC的耐老化性能四、木塑复合材料性能影响因素第四节塑合木（1学时）一、塑合木定义二、塑合木发展简史三、塑合木的性能四、塑合木原料五、聚合处理