复合材料结构与性能

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1、复合材料结构与性能化学化工学院Chemistry&ChemicalEngineering朱爱萍主要内容概述聚合物基复合材料聚合物与纳米科学（自学）复合体系的界面结合特性一、概述复合是自然界的基本规律生命体是多层次意义上的复合体系：生命体基本单位----细胞，是细胞膜、细胞基质、细胞核的复合体，各自担任营养、信息表达和力学支撑的作用。即使细胞膜也是有磷脂双分子层，蛋白质组成的复合功能体系。一、概述复合是科学的基本思想材料的复合化是材料发展的基本趋势复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组份分布的设计和工艺条件的保证等，使原组份材料优点互补，因而呈现出色的综合性能。一、概述从材

2、料学角度来说，骨是由无机矿物与生物大分子规则排列所组成的复合材料。骨的有机成分主要是Ⅰ型胶原纤维，约占总重量的24%，是由三股螺旋结构的多肽链相互缠绕而形成，无机成分主要是磷酸钙盐，约占总重量的65%；其余为水。骨中的矿物质呈片状，尺寸约为5nm×20nm×40nm，位于原胶原分子的间隙孔之内，晶体的C轴平行与胶原纤维，这样就构成骨的基本结构。一、概述一、概述水凝胶类人工皮又称冻胶，是亲水性聚合物或水溶胀性聚合物，其粘附性能较好。例如,氧化乙烯-氧化丙烯的共聚物凝胶可先制成溶液；将溶液涂在创面上于体温下固化为人工皮。这种凝胶含水量达80%，能帮助维持体液平衡，加入消炎药和维生素等药

3、物后还能促进创面愈合。一、概述人造皮肤一、概述1、复合材料ISO定义为是：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料应满足下面三个条件（1）组元含量大于5%；（2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能；（3）通过各种方法混合而成。一、概述2、复合材料的特点：1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料，组分之间存在着明显的界面。2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。3）复合材料具有可设计性。一、概述3、复合材料的基本结构模式复合材料由基体和增强剂两个组分构成：基体：构成

4、复合材料的连续相；增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。     增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。  增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。一、概述4、复合材料的分类(1)按性能分类：普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝、SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到400MPa/(g

5、/cm3)和40GPa/(g/cm3)以上。一、概述(2)按基体材料分类：聚合物复合材料(+)金属基复合材料陶瓷基复合材料碳碳复合材料水泥基复合材料一、概述(3)按用途分类结构复合材料功能复合材结构/功能一体化复合材料一、概述(4)按增强剂分类颗粒增强复合材晶须增强复合材料短纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料混杂纤维增强复合材料三向编织复合材料二、聚合物基复合材料1、聚合物基复合材料的分类2、聚合物基复合材料的性能3、聚合物基复合材料的制备工艺4、复合材料成型固化工艺（1） 工艺性（2） 复合材料的固化工艺过程二、聚合物基复合材料5、PMC的界面（1）PMC的界面特点 （

6、2）PMC的界面表征 （3）PMC的界面作用机理 （4）PMC的界面设计6、纤维增强聚合物复合材料的力学性能（1)静态力学性能（2)疲劳性能(3)冲击和韧性二、聚合物基复合材料高分子复合材料高分子复合材料是高分子和其他材料的交叉科学，材料科学的目的就是制备性能完美，功能更多，价格更便宜的材料。二、聚合物基复合材料聚合物基复合材料聚合物基宏观复合材料聚合物基纳米复合材料通常所说的聚合物基复合材料二、聚合物基复合材料5.2.1概述聚合物-玻璃纤维复合材料：20世纪50年代碳纤维复合材料：20世纪60年代聚合物-有机纤维复合材料：20世纪70年代航空航天领域广泛应用二、聚合物基复

7、合材料类型及特点纤维增强制品液晶分子复合制品纳米复合制品二、聚合物基复合材料5.2.2增强剂主要品种:玻璃纤维;碳纤维;硼纤维;芳纶纤维;金属纤维;液晶高分子（LCP）;超高分子量聚乙烯纤维;纳米插层剂;天然纤维等二、聚合物基复合材料高性能复合材料的玻璃纤维主要有:高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等.高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品