复合材料及其成型课件

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1、复合材料及其成型8.1复合材料概述1.定义由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。有连续相的基体(如聚合物－树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强体材料(如各种纤维、织物及粉末填料等)组成的多相体系。第8章复合材料及其成型2、分类A、按用途分类结构复合材料：以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工程所应用，主要用于结构承力或维持结构外形。功能复合材料：以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用，用于如绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减振或热变形等热、声、光、电、磁的功能要求。B、按基体分类金属基复合

2、材料、聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料C、按增强相分类：颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料金属基复合材料非金属基复合材料复合材料高聚物基复合材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料橡胶基复合材料热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料第8章复合材料及其成型颗粒增强复合材料纤维增强复合材料复合材料连续纤维复合材料不连续纤维复合材料层合结构复合材料缠绕结构复合材料颗粒强化复合材料弥散强化复合材料多向编织复合材料短切纤维复合材料晶须复合材料颗粒直径范围1~50μm，颗粒体积含量25％~70%，增强颗粒之间的距离一般大于1μm。颗粒的作用：由于颗粒本身的刚硬阻止基体变形而起到增强作用。

3、颗粒直径范围0.01~0.1μm，颗粒体积含量1％~15％。颗粒的作用：阻止基体材料的位错运动而起到增强作用。由无纬布或纤维织物铺叠而成由纤维粗纱缠绕或纤维织物带按一定缠绕规律卷绕而成由纤维在三维多方向编织而成第8章复合材料及其成型第8章复合材料及其成型3、组成：基体材料(连续相)：粘结、保护纤维，并传递应力增强材料(分散相)4、命名方法强调基体强调了基体材料的种类和特征。如：酚醛树脂基复合材料、铝合金基复合材料等(2)强调增强体强调增强材料的种类和性质。如：碳纤维复合材料、金属纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等(3)基体与增强体并用即同时出现基体材料和增强体材料碳纤维增

4、强环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料等。复合材料结构示意图a)叠层复合材料b)、d)纤维增强复合材料c)颗粒增强复合材料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的材料少得多，所以强度较高。复合材料在飞机上使用量已作为当代飞机先进性的指标之一第8章复合材料及其成型二、复合材料的特点比强度高、比模量高

5、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CM1.030.21第8章复合材料及其成型对缺口和应力集中的敏感性小阻止疲劳裂纹扩展或改变裂纹扩展路径三种材料的疲劳强度比较第8章复合材料及其成型高温性能优良如用碳纤维增强铝合金后，～400℃时强度和弹性模量基本不变减振性能好结构自振频率∝材料比模量的平方根，避免构件共振纤维与基体界面吸收振动能量，使振动很快衰减第8章复合材料及其成型复合材料既是一种材料又是一种结构复合材料具有可设计性：可设计性好是复合材料区别于传统材料的根本特点之一复合材料结构设计包含材料设计：一般情况下结

6、构设计和材料设计一次完成，包括力学设计和功能设计单层的种类(a)无纬单层(b)经纬交织单层层合结构复合材材料由纤维与基体所组成的单层以不同方向层合而成复合材料力学性能的特点(1)各向异性性能(2)非均质性(3)层间强度低第8章复合材料及其成型第8章复合材料及其成型三、常用增强材料1、纤维增强材料第8章复合材料及其成型三、常用增强材料2、颗粒增强材料三、增强机制简介1、纤维增强（1）纤维增强机制与块状材料相比，纤维具有更高的强度和被基体保护的纤维，不易受损伤，受载时不易产生裂纹，使材料承载能力增大纤维断裂时，基体能阻止裂纹扩展并改变扩展方向纤维与基体间适当的界面结合强度，

7、使纤维断裂而从基体中难以拔出第8章复合材料及其成型第8章复合材料及其成型（2）纤维增强复合条件纤维的强度和弹性模量应远高于基体纤维与基体间应有适当的界面结合强度纤维的排列方向应与构件受力方向一致纤维与基体的热膨胀系数应匹配纤维与基体之间不应发生使结合强度降低的化学反应纤维所占体积分数、纤维长度L和直径d及长径比L/d等应满足一定要求第8章复合材料及其成型2.颗粒增强高度弥散分布于基体中的增强颗粒使主要承受载荷的基体的强度得到提高对于金属基体，增强颗粒阻碍基体中位错的运动对于高聚物基体，增强颗粒阻碍基体中分子链的运动增强颗粒直径一般在0.0