复合材料基础

1、复合材料基础目的：1.了解复合材料的组成、种类、性能特点2.了解复合材料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 概 论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！自然界的馈赠竹纤维+木质素+果胶自然界的馈赠纤维素+木质素=坚韧的树木复合材料的“前世”远古的复合材料（距今5000年）陕西半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今复合材料的“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

2、胎方法。复合材料的“前世”近现代的复合材料高楼大厦石沙钢 筋水 泥复合材料的“前世”近现代的复合材料高楼大厦石沙钢 筋水 泥“我们住在复合材料里”复合材料的“今生”20世纪40年代，学术界正式开始使用“复合材料”（composite materials ）一词。“复合材料”真正的诞生了！复合材料的“今生”不饱和聚酯玻璃纤维=玻璃钢第一代复合材料 1940-1960复合材料的“今生”第二代复合材料 1960-1980碳/凯夫拉纤维环氧树脂=飞机结构件复合材料的“今生”第三代复合材料 1980-1990碳纤维金属基体=航空航天结构件复合材料的“今生”第四代复合材料1990至今结构功能一体化：隐身飞

3、机智能材料：能够自我组装的材料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。复合材料与交通宝马复合材料概念车迷你碳纤维游艇碳纤维车架复合材料与能源风力发电机的叶片海上钻井平台护栏、扶手、通道、油箱和油罐复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现复合材料与航空战斗机是复合材料发展水平的集中体现复合材料与航空运输类飞机是复合材料技术成熟的体现波音737 波音747 波音757波音767波音777 波音7

4、87 5%50%复合材料产业的现状交通运输建筑工业设备基础工程船舶其他全球24%18%26%7%6%19%中国5%32%10%39%3%11%复合材料工业的发展速度远高于世界经济的增长速度，全球树脂基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7%（中国约为9.5%、印度约为15%、欧洲和北美地区为4%）。表1 复合材料产品消费分布情况目前全球复合材料从业人员约45万人，总产值约1000亿欧元。 我国2009年产量达323万吨，已先后超过德国、日本而居世界第二位，并接近居世界首位的美国水平。 复合材料的未来多产业对复合材料需求国家新材料“十二五”的规划复合材料技术的成熟复合材料产

5、业的蓬勃发展复合材料产业亟需人才 复合材料制造领域大型自动铺带机手工成型 复合材料装配领域自动化的精密机床人工装配复合材料产业亟需人才 复合材料维修无尘室内的修理外场修理复合材料产业亟需人才 复合材料检验复合材料无损检测红外热成像常规检测复合材料产业亟需人才 命 名 与 分 类材料大辞典中关于复合材料的定义为：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。什么是复合材料？可设计性人工制造复合效应什么是复材的可设计性？基体： 连续相(延性、韧性好)增强/强化相： 分散相(强度高、密度小)38以下面五点概括了复

6、合材料的特点：1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的；2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）；3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）；4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。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材料性能所不及或不同的；5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。39 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：复合材料的命名40（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料

7、、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。复合材料的命名41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”。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（Metal Matrix Composit

8、e）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）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)复合材料的命名功能复合材料陶瓷基复合材料43纤维增强复合材料分为以下五种： 玻璃纤维复合材料； 碳纤维复合材料； 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； 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。复合材料的分类典型复合材料 玻璃纤维复合材料用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。玻璃纤维（GF）的分类1）以玻璃原料成分分类（用于连续GF的分

9、类） 一般以不同的碱金属氧化物含量来区分。无碱玻璃纤维（E玻璃纤维） 碱金属氧化物含量0.05% 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中碱玻璃纤维（C玻璃纤维） 碱金属氧化物含量11.5-12.5% 含碱量高，不能用作电绝缘材料，但其化学稳定性和强度尚好。 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料。 成本较低，用途较广。 高碱玻璃纤维（A玻璃纤维） 碱金属氧化物含量15 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。 可用作蓄电瓶的隔离片、管道包扎布和毡片等防水、防潮材料。玻璃纤维

10、性能羊毛亚麻棉花生丝尼龙高强合金钢铝合金玻璃玻璃纤维纤维直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状58拉伸强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 12010003000玻璃纤维性能纤维种类弹性模量(MPa)延伸率(%)无碱纤维(E)720003.0有碱纤维(A)660002.7棉纤维10000120007.8羊毛纤维60002535亚麻纤维300005000023芳纶纤维30002025高合金钢160000铝合金4200046000玻璃纤维性能羊毛亚麻棉花生丝尼龙高强合金钢铝合金玻璃玻璃纤维纤维直径(m)1516 5010 2018块状块状块状块状58拉伸强度(MPa)100300350300700440300600160040 46020 1201000300051 玻璃纤维复合材料用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。玻璃钢分为两种，即热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。52、热塑性玻璃钢 热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为粘结剂制成的复合材料。、热固性玻璃钢 热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘结剂制成的复合材料。 碳纤维复合材料57 碳纤维复合材料、碳纤维/环