复合材料原理第1章.ppt

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1、复合材料原理11、绪论2、复合材料的复合效应3、复合材料的界面状态解析4、复合体系的界面结合特性5、复合体系的典型界面反应6、复合材料的界面处理技术主要内容27、复合材料物理和化学性能的复合规律8、结构复合材料9、功能复合材料31绪论一、复合材料的起源：天然材料加工材料合成材料4二、复合材料的定义1、定义2、复合材料区别于任意混合材料的一个主要特征由两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同复合方法所得到的宏观多相材料。多相结构存在着复合效应3、复合材料相区尺寸的界定相区尺寸大于1μm的宏观多相材料，不包

2、括相区尺寸在0.01—1μm之间的微观分相材料，但随着科学技术的发展，这一概念在逐步淡化，并出现分子复合材料。5三、复合材料的发展1、几千年前，在粘土中加入稻草；2、漆器：麻与大漆构成的；3、混凝土：砂石和水泥复合得到。A、原始复合材料6B、现代意义上的复合材料的发展1、硫化橡胶：1839年美国人C．Goodyear发明的橡胶硫化法，在橡胶原料中加入硫化剂、填料、增强剂和防老剂等助剂所制得的一种工业复合材料；2、玻璃纤维增强塑料：上世纪40年代，首先在美国出现；3、先进复合材料：上世纪60年代相继出现了以

3、碳纤维和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂；4、金属、陶瓷基复合材料：上世纪70年代则又出现以金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。狭义上指比刚度、比强度超过铝合金的碳纤维增强树脂基复合材料，但也有研究人员将其概念扩展到一些最新发展研制的、具有先进性能的其他复合材料，如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。7四、复合材料的分类：1、无机非金属基复合材料2、聚合物基复合材料3、金属基复合材料基体材料不同84.1复合材料中的材料设计和结构设计工程应用的角度结构复合材料功能复合材料以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工

4、程所应用以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用，诸如压电材料、阻尼材料、自控发热材料、吸波屏蔽材料、磁性材料、生物相容性材料、磁性分离材料。91、复合材料的组成：增强体（结构复合材料）基体（或基体材料）+功能体（功能复合材料）作用：A、结构复合材料：增强体：在结构复合材料中主要起承受载荷的作用；基体：起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。B、功能复合材料：基体：主要起连接作用；功能体：是赋予复合材料以一定的物理、化学功能。10复合材料区别于单一材料的主要特点：1）不仅保持其原组分的部分优点，而且具

5、有原组分不具备的特性；2）材料的可设计性；3）材料与结构的一致性。11材料A材料B优点缺点优点缺点组合1组合2组合3组合4材料优、缺点组合示意图最佳组合最差组合12复合材料必须通过对组分的选择、各组分分布设计和工艺条件的控制等，以期保证原组分材料的优点相互补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥复合的优势。13Eg:1）高强度结构材料：可选用高强度纤维2）高模量结构材料：应选用高模量纤维3）耐高温结构复合材料：应选择耐高温材料为基体。树脂基复合材料＜400℃)；碳-碳复合材料＜24

6、00℃)；金属基复合材料(400-1300℃)；陶瓷基复合材料(1300-1650℃)。144）电磁波屏蔽材料：应选用含有导电性功能剂的树脂基复合材料。5）化工防腐蚀的复合材料对于酸性介质：用中碱玻璃纤维为增强体和耐酸性良好的树脂(如乙烯基酯树脂)为基体；对于碱性介质：宜采用无碱玻璃纤维为增强体和耐碱性良好的树脂(如胺固化环氧树脂)。15复合材料特性：比强度、比模量高耐疲劳性能好减震性好过载安全性16抗拉强度与密度之比比强度高的材料能承受高的应力弹性模量与密度之比比模量高说明材料轻而且刚性大比强度、比模量

7、高17耐疲劳性能好疲劳破坏的种类不同：金属：突发性破坏疲劳强度极限是其拉伸强度的30%~50%聚合物基复合材料：有预兆破坏极限为拉伸强度的70%~80%18减震性好受力结构的自振频率有关因素：结构形状比模量的平方根成正比同时，复合材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的震动阻尼很高，即使激起振动也能很快衰减。19过载安全性在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬

8、间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。20聚合物基体的性能特点(1)密度低；(2)耐腐蚀；(3)易氧化、老化；(4)聚合物的耐热性通常较差；(5)易燃；(6)低的摩擦系数；(7)低的导热性和高的热膨胀性；(8)极佳的电绝缘性和静电积累；(9)聚合物可以整体着色而制得带色制品。(10)聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。21增强体和功能体在复合材料中起主导作用(1)填充(2)增强(3)赋予功能用廉价的增强体，