第一章 复合材料力学绪论

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1、复合材料及其力学基础西南交通大学应用力学与工程系2014年2月第一章绪论§1-1复合材料的定义及分类§1-3复合材料的力学分析方法§1-4复合材料的性能§1-5复合材料的应用§1-6复合材料的构造及制法§1-2复合材料的组分§1-1复合材料的定义及分类一、复合材料的定义广义：由两相或多相组分构成的材料（包括自然的和人工的）。狭义：由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。1、定义复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个阶段自古以来，人们就会使用天然的复合材料——木材、竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，制成土坯砖。近代复合

2、材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树脂、环氧树脂等）——玻璃钢。原子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐蚀、电性能等提出了更高要求，使现代先进复合材料蓬勃发展起来——高性能纤维和其他各种形式的复合材料复合材料应具有如下三个特点：由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元间存在着明显的界面；各组元不但保持各自的固有特性，而且还最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能；复合材料具有可设计性。2、特点3、基体和增强体基体：复合材料中比较连续的相；增强相：其它一些以独

3、立形态分布于整个连续相中的分散相；界面：两者之间的结合部称为界面。二、复合材料的分类1、按来源分：①天然（竹、木材、麻等）；②人工2、按基体材料的种类分：①聚合物基复合材料：热固性、热塑性、橡胶；②金属基复合材料：铝，钛合金；③陶瓷基复合材料；④石墨基复合材料：C-C；⑤混凝土基复合材料3、按增强相分类：①纤维增强复合材料：长纤维，短纤维；②晶须增强复合材料；③颗粒增强复合材料；④混合增强复合材料：不同形态的增强相共同增强的复合材料。4、按用途分类：①结构复合材料；②功能复合材料：电磁学、光学、热学、声学及摩擦、阻尼材料；③智能复合材料：自适应环境。§1-2复合材料的组分§1-

4、2-1树脂基复合材料一、纤维（增强体）1、对纤维的基本要求1）力学性能：一般要求要高2）表面状态：应易于与树脂浸润3）长度、根数及捻度：长度应满足FRC的要求；纤维束丝中单丝根数应能符合FRC每层压厚的要求。6）环扣强度：是衡量纤维柔韧性的一个指标，可用来表明纤维工艺性能的好坏。4）细度和均匀度：细度是指单丝直径；均匀度是指直径的均匀程度，须满足一定的规定。5）毛丝，毛团：为纤维束中的杂质，在一定纤维束长度上不允许超过一定数目。2、纤维的分类：无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维及氧化硅、氧化铝纤维等；有机纤维：芳纶纤维、尼龙纤维及聚烯烃纤维等。1）玻璃纤维3、几种常用的纤维拉伸

5、强度2.5~4.58GPa；密度2.14~2.55g/cm3；拉伸模量55~86GPa；延伸率3.37~5.2%拉伸强度>1.7GPa；拉伸模量200~400GPa；耐高温：2000℃。2）碳纤维3）芳纶拉伸强度高，约为铝合金的5倍；弹性模量高，比玻璃纤维高1倍；密度小；韧性好。4）硼纤维拉伸强度>3.45GPa；密度2.4~2.6g/cm3；拉伸模量400GPa5）氧化铝纤维拉伸强度1.7~2.0GPa；密度3.95g/cm3；拉伸模量380GPa6）碳化硅纤维拉伸强度>3.35GPa；密度3.05g/cm3；拉伸模量400GPa玻璃纤维绳玻璃纤维布玻璃纤维绳玻璃纤维纸纳米碳

6、管纤维碳纤维绳二、树脂基体1、FRC树脂基体的基本要求1）分子量及其分布：分子量要适中，其分布范围应尽量小。2）粘度和流动性：若树脂粘度小，则易于浸渍纤维，并且流动性好。3）挥发分：树脂挥发分应尽量小4）固化特性：要求固化温度尽可能低，固化压力尽可能小，固化时间尽可能短。5）力学性能：具有一定的强度，模量，延伸率，压缩性能。6）与纤维的相容性：要好。7）耐热性能：包含耐温性和耐热老化性。8）有耐腐蚀性能，介电性能，阻燃性，自熄性等。2、树脂的分类分为热固性树脂和热塑性树脂两类。热固性：加温和加压固化，不溶不熔，不可再利用。如聚酯，环氧，聚酰亚胺，酚醛等。热塑性：加热液化，可溶可

7、熔，结晶态有固定熔点，可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。1、MMC对增强体的基本要求§1-2-2金属基复合材料一、增强体1）应具有能明显提高金属基体所需特性的性能；2）应具有良好的化学稳定性，在金属基复合材料制备和使用过程中基体有良好的化学相容性，不发生严重的界面反应；3）与金属有良好的浸润性或通过表面处理能与金属良好浸润，以保证增强物与金属基体良好的复合和均匀分布。2、分类按形态可分为长纤维、短纤维、晶须和颗粒增强体；从材质来看有碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、石墨纤维、碳化钛纤维、