复合材料的分类

1、复合材料的分类、1121416007、1121416028、复合材料的分类、第1节分类性能特征概述、第2节增强材料及其增强机理、第3节常用复合材料、第1节复合材料概述两种或多种不同性能的材料、通过不同工艺方法人工合成的多相材料。在现代工程中，对材料的要求越来越高，特别是在航空航天、航海和运输领域。例如，飞机结构材料要求具有低密度和高强度、刚度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通常，高强度材料的密度也很高。增加强度或刚度会降低材料的韧性。这种材料的优异性能是单一材料无法满足的。复合材料、玻璃纤维增强风扇叶片、玻璃纤维增强尼龙车轮、玻璃纤维增强塑料制成的自行车、复合材料制成的船只、复合材料制成的防弹背心等

2、特性，复合材料不仅保持了它们的最佳特性，而且组合后还具有新的特性。例1:热固性玻璃纤维增强塑料热固性树脂玻璃纤维，热固性玻璃纤维增强塑料：强度比热固性树脂高，脆性比玻璃纤维低，土壤秸秆水泥增强，例2:建筑材料(复合材料的应用)复合材料的历史可以追溯到古代。自古以来使用的秸秆加筋土和使用了数百年的钢筋混凝土是由两种材料组成的。1.复合材料的分类复合材料的种类很多，目前还没有统一的分类方法。根据基体相、铝基复合材料、钛基复合材料、铜基复合材料、塑料基复合材料、橡胶基复合材料、陶瓷基复合材料、纤维增强塑料(FRP)、纤维增强橡胶(轮胎)、纤维增强陶瓷纤维增强金属、金属陶瓷弥散增强金属、双层金属复合材

3、料、三层复合材料、纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、叠层复合材料的性能特点，纤维增强材料的比强度和模量远远高于金属材料， 特别是碳纤维环氧树脂复合材料的比强度和模量是钢的8倍和4倍。 纤维增强复合材料具有良好的抗疲劳性和断裂安全性，对缺口和应力集中不太敏感，纤维与基体的界面可以阻止疲劳裂纹扩展，改变裂纹扩展方向。大多数增强纤维在高温下仍然保持高强度。例如，铝合金的弹性模量在400下降到接近0，而碳纤维的强度和弹性模量在该温度下基本保持不变。阻尼性能好的复合材料具有较大的比模量，因此固有频率也较高，可以避免构件在工作状态下发生共振。纤维与基体的界面能够吸收振动能量，因此纤维增强复合材料具有良好

4、的减振性能。第二节，增强材料及其增强机理，复合材料是由基体和增强相组成的多相材料，通常基体是连续相，增强相是分散相。复合材料、金属材料、聚合物材料、陶瓷材料、颗粒增强材料、纤维增强材料、片材增强材料，以及首先是增强材料，它们具有最明显的增强效果并且被广泛使用。主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等。(1)纤维增强材料，玻璃纤维是由熔融玻璃通过拉丝制成的；密度为2.42.7，与铝相似，弹性模量低于金属，但比强度和比模量较高；耐热性好，软化温度550580；良好的耐腐蚀性，对除氢氟酸、浓碱和浓磷酸以外的其他溶剂具有良好的化学稳定性；不吸收、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸音、

5、绝缘、传输电磁波等。它是应用最广泛的增强纤维，因为它的使用方便碳纤维有机纤维(如粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、沥青纤维等。)在惰性气氛中高温碳化以制造wC90%或更高的纤维；低密度、高强度和高模量；高低温性能好(1500，-180)；化学稳定性高，耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等；热膨胀系数小，导热系数高，导电性和自润滑性好；缺点：脆性大，易氧化，与基体的附着力差。硼纤维是通过气相沉积在耐热金属丝(钨丝)芯上沉积B元素而制成的复合纤维；高熔点(2300)；高强度和弹性模量；良好的耐腐蚀性；缺点：密度高、直径大、生产工艺复杂、成本高；不如玻璃纤维和碳纤维使用广泛。芳纶纤维，也称为凯夫拉尔纤维，是一种芳

6、香族聚酰胺纤维，通过将聚合物溶解在溶剂中并纺丝制成；低密度、高比强度和弹性模量；拉伸强度比玻璃纤维高45，韧性好。耐热性好，在290下可长期使用；优异的耐疲劳性、耐腐蚀性、绝缘性和加工性，且价格低廉。碳化硅纤维是以钨丝或碳纤维为芯，通过气相沉积法制成的。或者用聚碳硅烷纺丝并烧结。它是一种高熔点、高强度、高模量的陶瓷纤维，主要用于增强金属和陶瓷；优异的高温强度，在1100时强度仍高达2100兆帕。主要的增强颗粒是陶瓷颗粒，如氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化钨、碳化钛、B4C和石墨。陶瓷颗粒性能好，成本低，易于大规模生产；在聚合物中加入不同的填料，形成以填料为分散相、聚合物为连续相的复合材料，可以提高

7、产品的力学性能、耐磨性、耐热性、导电性、磁导率和耐老化性能。(2)颗粒增强材料，和(2)增强机理。纤维是具有强结合力的物质或硬材料；纤维在基体中，表面受到基体的保护，在加载过程中不易损坏和开裂，提高了承载力；(1)纤维增强和增强机理。当材料受到较大应力时，一些裂纹纤维可能断裂，但基体会阻碍裂纹扩展，改变裂纹扩展方向。纤维断裂，裂纹扩展方向，颗粒增强复合材料是指增强颗粒高度分散在基体中，基体承受载荷，而增强颗粒阻碍位错运动(金属基体)或分子链运动(聚合物基体)，从而导致基体塑性变形。增强颗粒的大小将直接影响增强效果：如果D太大(0.1m)，容易引起应力集中，降低强度；如果D过小(0.01米)，则

8、接近固溶体结构，不能强化颗粒。一般粒径为d=0.010.1米.(2)颗粒增强，第3节常用复合材料，塑料基复合材料，金属基复合材料，橡胶基复合材料和陶瓷基复合材料，1。塑料基复合材料作为机械工程材料，具有密度低、耐腐蚀、塑性好、易于加工成型等最大优点。缺点：强度低，弹性模量低，耐热性差。改进方法：复合材料，主要是钢筋。最广泛使用的是纤维增强塑料。根据纤维性能，塑料基复合材料可分为：玻璃纤维增强塑料碳纤维增强塑料硼纤维增强塑料碳化硅纤维增强塑料Kevlar纤维增强塑料基材料：热固性塑料，热塑性塑料，(1)玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。根据塑料的性能，它们可以分为：热塑性玻璃钢、热固性玻璃钢；1.热

9、塑性玻璃钢，由20.40%体积的玻璃纤维和60.80%体积的热塑性树脂组成。它具有高强度和冲击韧性，良好的低温性能和低热膨胀系数。2.热固性玻璃纤维增强塑料，由60.70%体积的玻璃纤维和30.40%体积的热固性树脂组成。主要特点：低密度、高强度、比强度比普通高强度钢高、耐腐蚀、绝缘、隔热等。但是el(2)碳纤维增强塑料，是由碳纤维和聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组成的复合材料。优点：低密度、高强度、高弹性模量、高比强度和比模量。优异的抗疲劳性、抗冲击性、自润滑性、减摩抗磨性、耐腐蚀性和耐热性。缺点，碳纤维与基体结合强度低，各向异性严重。其应用性能优于玻璃钢，主要用于航空航天工业制造飞机机

10、身、螺旋桨、发电机保护环材料。(3)硼纤维增强塑料，是由硼纤维和环氧树脂、聚酰亚胺等树脂组成的复合材料。具有高比强度和比模量的特点；耐热性好；缺点是各向异性严重，主要用于航空航天和航空工业，如飞机机身、机翼等。(4)碳化硅纤维增强塑料，是由碳化硅纤维和环氧树脂组成的复合材料。具有高比强度和比模量的特点；拉伸强度接近碳纤维环氧树脂复合材料，但压缩强度是碳纤维环氧树脂复合材料的两倍，碳化硅环氧树脂复合材料是一种很有发展前景的新材料。应用，主要用于航天器结构，比金属轻30%。它还可以制造门、起落架、机翼等等。(5)凯夫拉尔纤维增强塑料，它是由凯夫拉尔纤维和环氧树脂、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯和其他树脂组

11、成的复合材料。最常用的特征是凯夫拉尔纤维环氧树脂复合材料；拉伸强度高于玻璃钢，与碳纤维环氧树脂复合材料相似。延展性好，类似金属；具有优异的抗疲劳和减振性能。主要用于制造飞机机身、天线罩、火箭发动机外壳、快艇等。复合材料在波音飞机上的应用2。金属基复合材料是目前机械工程中应用最广泛的材料。塑性、韧性、硬度和弹性模量都比较高。然而，它仍然不能满足要求，并且一直在改进。主要使用的金属基复合材料：纤维增强金属基复合材料、颗粒增强金属基复合材料、塑料金属多层复合材料和橡胶基复合材料。橡胶具有高弹性、良好的减振性、低导热性和绝缘性，但其强度和弹性模量低，耐磨性差。为了提高橡胶制品的性能，可以与增强纤维或颗粒复合。制备纤维增强橡胶和颗粒增强橡胶制品。纤