最新复合材料基础分析PPT课件.ppt

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1、复合材料基础分析三大材料：金属无机非金属有机高分子复合材料取长补短协同作用产生原来单一材料没有本身所没有的新性能无机非金属材料有机高分子材料金属材料复合材料9.1复合材料概述9.1复合材料概述复合材料历史现代：1942年，美国PPG公司发明玻璃钢（树脂板，玻璃纤维增强聚酯树脂）；古代：仰韶文化草拌泥作墙体；美索不达米亚人用芦苇、纸莎草加沥青或树胶制造小艇；古埃及木乃伊是将用香料处理过的尸体缠绕亚麻布带后再浸渍天然树脂；复合材料系统组合分散相连续相金属材料无机非金属材料有机高分子材料金属材料金属纤维纤维/金属基复合材料钢丝/水泥复合材

2、料增强橡胶金属晶须晶须/金属基复合材料晶须/陶瓷基复合材料金属片材金属/塑料板无机非金属材料陶瓷纤维纤维/金属基复合材料纤维/陶瓷基复合材料晶须晶须/金属基复合材料晶须/陶瓷基复合材料颗粒弥散强化合金材料粒子填充塑料玻璃纤维纤维/树脂基复合材料颗粒碳纤维碳纤维/金属基复合材料碳纤维/陶瓷基复合材料碳纤维/树脂基复合材料炭黑颗粒/橡胶；颗粒/树脂基有机高分子材料有机纤维纤维/树脂基复合材料塑料金属/塑料橡胶二、分类(1)按来源：天然、人工复合材料等；(2)按基体：树脂基、金属基、无机非金属基复合材料等；(3)按增强体形态：颗粒增强(p

3、article-reinforced)短纤或晶须增强(choppedfiberorwhiskersreinforced)连续长纤增强(continuousfiber-reinforced)多维编织布增强(braidedfabricorfilamentwinding-reinforced)三维编织体增强等；(4)按应用：结构、功能、智能复合材料等；(5)按增强材料品种：玻纤、碳纤、有机纤维复合材料等；(6)按特定含义：通用、先进、现代、近代、混杂、纳米、原位、分子、宏观复合材料等；三、复合材料的组成与特性聚合物基复合材料(polyme

4、r-matrixcomposites，PMC)金属基复合材料(metal-matrixcomposites，MMC)陶瓷基复合材料(ceramicmatrixcomposites，CMC)（1）组成(composition)①基体(matrix)②增强材料(reinforcement)（都是一个庞大的材料体系、品种繁多，结构与性能呈多样化，复合体系的系统组合、排列给复合材料的巨大的发展空间，原则上，基体与增强体结构与性能差异越大，愈具复合价值，但更为重要的是基体与增强体之间的匹配。）A.颗粒增强体：高强、高模、耐高温的陶瓷和石墨等非

5、金属材料的微细粉末，主要起增强、增韧作用，而不是普通填料的填充体积或降低成本的作用，增强体价格往往比基体还贵。B.短纤维（晶须）(choppedfiberorwhisker)：长径比5~1000之间，横截面积小于52×10―5cm2的含缺陷很少的单晶纤维，其模量和强度接近其纯晶体的理论值。主要有金属晶须、氧化物晶须、氮化物晶须、硼化物晶须和无机盐类晶须。C.纤维及其织物(braidedfabricorfilamentwinding)：植物纤维、动物纤维、碳物纤维、合成纤维等（2）复合材料的特性一般特性：a.可设计性b.构件复合与成型

6、一次性完成，整体性好c.性能分散性大，性能对工艺工程及工艺参数甚至一些偶然性因素都十分敏感，难以精确控制结构和性能d.复合效应（多种复合效应）一般性能特点：a.比强度、比模量大b.破坏安全性高c.耐疲劳性好d.阻尼减震性好e.耐烧蚀性能好34510203040E/r(106cm)钢铝玻璃/环氧Al2O3晶须/NiAl2O3晶须/铝碳化硼/铝硼/环氧碳/环氧铍硼/钼硼/镍硼/铝σ/r(106cm)234510几种常用材料和纤维增强复合材料比强度、比模量的比较(1)组分材料密度都较低；(2)由于纤维具有很小的直径，其内部缺陷要比块状形式

7、的材料少得多，所以强度较高。材料名称比强度比模量钢0.130.27铝0.170.26玻纤/聚酯CM0.530.21碳纤/环氧CM1.030.212、PMC的组成(1)基体热固性基体(thermosettingmatrix)：i)熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好ii)交联固化成网状结构，尺寸稳定性、耐热性好，但性脆iii)制备过程伴有复杂化学反应热塑性基体(thermoplasticmatrix)：i)溶体或溶液粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差ii)线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好ii

8、i)制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象)(2)增强体主要有碳纤、玻纤维、芳纶纤维、硼纤维等树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，多经过表面处理与表面改性，浸润剂、偶联剂、涂复层的使用，使其组成复杂化。3、MMC(1)基体