复 合 材 料 知 识

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1、复合材料绪　论w一、学习本课程的目的和意义w通过本课程的教学，使学生获得复合材料开发和应用的基本知识，拓宽学生的知识面。w二、本课程的性质、任务和教学内容w1、本课程的性质：专业选修课。w2、本课程的任务w使学生了解复合材料的原材料、种类、性能特点、应用领域，基本掌握其基本原理、生产工艺。w3、教学内容w《复合材料》1～5章，补充一点水泥其复合材料w三、课程的有关情况w1、学时：32学时（第1～17周，12周金工实习）w2、教学参考书（TB类）：w（1）冯小明，张崇才．复合材料．重庆：重庆大学出版社，2007w（2）王荣国，武卫

2、莉，谷万里．复合材料概论．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001w（3）陈华辉，邓海金，李明，林小松编著．现代复合材料．北京：中国物资出版社，1998w（4）吴人杰．复合材料．天津：天津大学出版社，2000w（5）王汝敏，郑水蓉，郑亚萍．聚合物基复合材料及工艺．北京：科学出版社，20041复合材料基础1.1复合材料发展概况w1.1.1复合材料发展历史w第一代，1940～1960，玻璃纤维增强塑料w第二代，1960～1980，发明了碳纤维和芳纶，发展高性能树脂基（环氧树脂和聚酰亚胺树脂）复合材料。w第三代，1980～1990，纤维

3、增强金属基复合材料，陶瓷基复合材料。w第四代，1990年以后，多功能复合材料如智能材料、梯度功能材料、新型复合材料等。w1.1.2复合材料的性能特点w聚合物基复合材料：w（1）比强度、比模量大。比强度相当于钛合金的3～5倍，比模量相当于金属的4倍。w（2）耐疲劳性好。疲劳极限强度是抗张强度的70～80%，金属仅为20～50%。w（3）减震性好。比模量高，具有高的自振频率，很高的吸振能力。轻合金梁9s停止振动，复合材料2.5s。w（4）过载时安全性好。w（5）具有多种功能。耐烧蚀性，减摩性能，电绝缘性能，耐腐蚀性，特殊的光学、电学

4、、磁学性质。w（6）良好的加工性能。w缺点：耐高温、耐老化、强度一致性较差。w金属基复合材料比强度、比模量大，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，良好的抗疲劳性和断裂韧性等。w陶瓷基复合材料提高抗弯强度、断裂韧性。1.1.3主要用途w1．航空航天：飞机的垂直尾翼、水平安定面、方向舵、副翼、机身、机翼蒙皮等，火箭发动机壳体等。w2．交通运输：鱼雷快艇、扫雷艇、救生艇、游船等，汽车的车身、仪表盘、车门、座椅等，火车的车箱、车门窗、座椅等。w3．房屋建筑：卫生洁具、冷却塔、波形瓦、通风管道等。w4．电子工业：绝缘线路板、绝缘器材等。w5．机械

5、工业：各种机械部件等。风力发动机叶片。w6．化工设备：管道、泵、风机、容器、反应釜等。w7．体育器材：撑杆、弓箭、赛车、赛艇、滑板、球拍、钓鱼杆等。飞机w在波音777飞机上复合材料只占重量的9%，而在波音787上复合材料占到重量的50%，所采用的碳纤维增强塑料达到35吨。在波音787上大面积使用碳/环氧树脂复合材料，减轻了飞机重量并使创新理念得以实现。机身、机翼等主承力构件都采用复合材料。与其他同类飞机相比：w（1）更轻。飞机重量大大减轻，运行成本也大幅下降；w（2）更节能。节省20%的燃料，同时释放更少的温室气体；w（3）噪音

6、更低。起飞和降落时的噪音要比其他飞机低60%；w（4）更耐用。使用期更长，检修率要低30%。wA380约25%由复合材料制造，其中22%由各种不同的增强型塑料复合材料制成，大部分是碳纤维增强环氧树脂(CFRP)。w波音787飞机空客380飞机及使用的新复合材料风力发电w至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。按照规划，2015年中国风电规模将达到1亿千瓦，2020年将达2亿千瓦，相当于11个三峡电站。w整个风电制造业可以分为：叶片、齿轮箱、发电机、

7、塔架、控制系统等主要零部件的生产体系。风电机组成本结构中，叶片20%，齿轮箱15%，电机12%，轴承8%，塔架13%，机舱罩9%，控制系统8%，其他15%。叶片长几十米，6MW海上风力发电机组叶片长66.5m。1.2复合材料的定义、命名和分类w1.2.1定义w复合材料：是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。w三个特点：1．组分之间存在明显的界面。w2．各组元保持各自固有的特性，并产生原组分所不具备的特性。w3．具有可设计性。w1.2.2命名w（1）强调基体，以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合

8、材料。w（2）强调增强材料，以增强材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料。w（3）基体材料名称与增强材料名称并用，增强材料在前、基体材料在后，中间用“/”分开。如玻璃纤维/环氧树脂复合材料、碳/碳复合材料、碳/铝复合材料等。1.2.3复合材料