第一章-聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展-2

1、1第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展碳碳/碳復合材料碳復合材料以碳纖維或碳化硅纖維以碳纖維或碳化硅纖維(或織物或織物)為增強體，以碳為基體為增強體，以碳為基體的復合材料的總稱。碳基復合材料有兩種制備方法：的復合材料的總稱。碳基復合材料有兩種制備方法：一是浸漬法，即用增強體浸漬熔融的石油或瀝青，再經(jīng)一是浸漬法，即用增強體浸漬熔融的石油或瀝青，再經(jīng)碳化和石墨處理，它的基體是碳化和石墨處理，它的基體是石墨碳石墨碳，呈層狀條帶結(jié)構(gòu)，性，呈層狀條帶結(jié)構(gòu)，性能是各向異性的。還有用增強體浸漬糠醇能是各向異性的。還有用增強體浸漬糠醇(呋喃甲醇呋喃甲醇)

2、或酚醛或酚醛等熱固性樹脂，只經(jīng)碳化處理，它的基體是等熱固性樹脂，只經(jīng)碳化處理，它的基體是玻璃碳玻璃碳，即無定，即無定型碳結(jié)構(gòu)，性能是各向同性的；型碳結(jié)構(gòu)，性能是各向同性的；另一是另一是CVD法，即把烴類化合物的熱解碳沉積在增強體法，即把烴類化合物的熱解碳沉積在增強體上來進行復合，這種方法的碳基體是類似玻璃碳的上來進行復合，這種方法的碳基體是類似玻璃碳的熱解碳熱解碳。碳碳/碳復合材料不耐氧化，所以有時需要加抗氧化涂層。碳復合材料不耐氧化，所以有時需要加抗氧化涂層。 2第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展印刷電路板印刷電路板( (玻璃鋼玻璃鋼

3、) )，輪胎（纖維增強橡膠），輪胎（纖維增強橡膠）雷達罩（玻璃纖維增強樹脂）雷達罩（玻璃纖維增強樹脂）火箭外殼（碳纖維火箭外殼（碳纖維/樹脂）（樹脂）（碳碳/碳復合材料碳復合材料）人造衛(wèi)星天線（碳纖維人造衛(wèi)星天線（碳纖維/鎂合金）鎂合金）航天飛機框架（硼纖維航天飛機框架（硼纖維/鋁合金）鋁合金）網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、釣魚桿、雪橇網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、釣魚桿、雪橇 休閑休閑汽車活塞、連桿、自行車飛輪等汽車活塞、連桿、自行車飛輪等 民用工業(yè)民用工業(yè)3、復合材料舉例、復合材料舉例面廣面廣尖端尖端1.11.1前言：前言：3第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合

4、材料的概念、特性、應用與進展人類第一架全人類第一架全復合材料飛機復合材料飛機1.11.1前言：前言：4第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展復合材料制品復合材料制品羽毛球拍羽毛球拍高爾夫球桿高爾夫球桿機器零件機器零件1.11.1前言：前言：5第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.21.2復合材料簡介復合材料簡介composite materialcomposite material：定義：定義由兩種或兩種以上不同性能、不同形態(tài)的由兩種或兩種以上不同性能、不同形態(tài)的組分材料（通常是增強

5、材料和基體材料）通過組分材料（通常是增強材料和基體材料）通過復合工藝組合而成的一種多相材料，它既保持復合工藝組合而成的一種多相材料，它既保持了原組分材料的主要特點，又顯示了原組分材了原組分材料的主要特點，又顯示了原組分材料所沒有的新性能。料所沒有的新性能。6第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展特征：特征：（1 1）微觀上是非均相材料，組分材料間有明顯的界面；）微觀上是非均相材料，組分材料間有明顯的界面；（2 2）組分材料性能差異很大；）組分材料性能差異很大；（3 3）組成復合材料后性能有較大的改進；）組成復合材料后性能有較大的改進；（4

6、4）組分材料的體積分數(shù)應大于）組分材料的體積分數(shù)應大于10%10%。三種基本的物理相：三種基本的物理相：（1 1）基體相：連續(xù)的）基體相：連續(xù)的（2 2）增強相：分散的、被基體所包容）增強相：分散的、被基體所包容（3 3）界面相：增強相與基體相之間的交界面）界面相：增強相與基體相之間的交界面1.21.2復合材料簡介復合材料簡介7第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.31.3復合材料的復合材料的命名命名及分類及分類按基體材料類型命名：按基體材料類型命名：金屬基復合材料、無機非金屬基復合材料、聚合物基金屬基復合材料、無機非金屬基復合材料、聚

7、合物基復合材料復合材料以增強纖維的類型來命名：以增強纖維的類型來命名：玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、混雜復合材料玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、混雜復合材料例：例： 玻璃玻璃/ /環(huán)氧復合材料：玻璃纖維環(huán)氧樹脂復合材料環(huán)氧復合材料：玻璃纖維環(huán)氧樹脂復合材料（環(huán)氧玻璃鋼）（環(huán)氧玻璃鋼） 碳碳/ /金屬復合材料：碳纖維和金屬基體構(gòu)成的復合材料金屬復合材料：碳纖維和金屬基體構(gòu)成的復合材料 碳碳/ /碳復合材料（碳復合材料（C/CC/C復合材料）：碳纖維和復合材料）：碳纖維和碳基體碳基體構(gòu)成構(gòu)成的復合材料的復合材料8第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性

8、、應用與進展1.31.3復合材料的命名及復合材料的命名及分類分類分散相形態(tài)分散相形態(tài)(1)連續(xù)纖維增強連續(xù)纖維增強(2)纖維織物增強纖維織物增強(3)片狀材料增強片狀材料增強(4)短纖維增強短纖維增強(5)顆粒增強顆粒增強(6)納米增強納米增強基體材料類型基體材料類型(1)金屬基金屬基(2)無機非金屬基無機非金屬基 陶瓷基陶瓷基 碳基碳基(3)聚合物基聚合物基 熱固性樹脂基熱固性樹脂基 熱塑性樹脂基熱塑性樹脂基 增強纖維的類型增強纖維的類型(1)碳纖維碳纖維(2)玻璃纖維玻璃纖維(3)有機纖維有機纖維(4)硼纖維硼纖維(5)碳化硅碳化硅(5)混雜纖維混雜纖維1329 以玻璃纖維或其制品作增強材

9、料的增強塑以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱為玻璃纖維增強塑料，或稱為玻璃鋼。料，稱為玻璃纖維增強塑料，或稱為玻璃鋼。(國際公認的縮寫符號為GFRP) 由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。 玻璃鋼是一種品種繁多，性能各別用途廣泛的復合玻璃鋼是一種品種繁多，性能各別用途廣泛的復合材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復合工藝，制作而材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復合工藝，制作而成的一種功能型的新型材料。成的一種功能型的新型材料。玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介10玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介

10、介11熱塑性熱固性熱塑性熱固性返回玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介12相對密度在相對密度在1.52.0之間，只有碳鋼的之間，只有碳鋼的1/41/5，可是拉，可是拉伸強度卻接近，而比強度可以與高級合金鋼相比。伸強度卻接近，而比強度可以與高級合金鋼相比。 玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介13 FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。已廣泛用于雷達是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。已廣泛用于雷達天線罩。天線罩。 FRP熱導率低，只有金屬的

11、熱導率低，只有金屬的1/1001/1000，是，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000以上以上承受高速氣流的沖刷。承受高速氣流的沖刷。 玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介141.玻璃鋼玻璃鋼材料是一種具有可設計性的材料品種材料是一種具有可設計性的材料品種: 可以根據(jù)不同的使用環(huán)境及特殊的性能要求，自可以根據(jù)不同的使用環(huán)境及特殊的性能要求，自行設計復合制作而成，因此只要選擇適宜的原材料品行設計復合制作而成，因此只要選擇適宜的原材料品種，基本上可以滿足各種不同用途對于產(chǎn)

12、品使用時的種，基本上可以滿足各種不同用途對于產(chǎn)品使用時的性能要求。性能要求。2.玻璃鋼玻璃鋼產(chǎn)品，制作成型時的一次性產(chǎn)品，制作成型時的一次性: 只要根據(jù)產(chǎn)品的設計，選擇合適的原材料鋪設方只要根據(jù)產(chǎn)品的設計，選擇合適的原材料鋪設方法和排列程序，就可以將法和排列程序，就可以將玻璃鋼玻璃鋼材料和結(jié)構(gòu)一次性地材料和結(jié)構(gòu)一次性地完成，避免了金屬材料通常所需要的二次加工，從而完成，避免了金屬材料通常所需要的二次加工，從而可以大大降低產(chǎn)品的物質(zhì)消耗，減少了人力和物力的可以大大降低產(chǎn)品的物質(zhì)消耗，減少了人力和物力的浪費。浪費。玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介153.玻璃鋼玻璃鋼材料，還是一種節(jié)能型材料材料，還是一

13、種節(jié)能型材料:若采用手工糊制的方法，其成型時的若采用手工糊制的方法，其成型時的溫度溫度一般在室溫一般在室溫下，或者在下，或者在100以下進行，因此它的成型制作能耗以下進行，因此它的成型制作能耗很低。很低。返回玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介16玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介17如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法法(樹脂樹脂傳遞模塑成型技術傳遞模塑成型技術)、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。 手糊法：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹手糊法

14、：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。麥等。 噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。 模壓法：主要使用國家有德國等。模壓法：主要使用國家有德國等。 RTM法：主要使用國家有歐美各國、日本。法：主要使用國家有歐美各國、日本。玻玻 璃璃 鋼鋼 簡簡 介介18它的應用范圍相當廣泛，主要有以下應用領域：它的應用范圍相當廣泛，主要有以下應用領域：1.化工、制藥、石油等行業(yè)化工、制藥、石油等行業(yè)2.船舶行業(yè)船舶行業(yè)3.汽車、摩托車及自行車行業(yè)汽車、摩托車及自行車行業(yè)4.航空航天、軍工業(yè)航空航天、軍工業(yè)5.運動娛樂制品及設施運動娛樂制品及設施6.電氣、電子、

15、電器、通信行業(yè)電氣、電子、電器、通信行業(yè)7.交通、物流行業(yè)交通、物流行業(yè)8.工藝品工藝品9.建筑行業(yè)建筑行業(yè)10.暖通、空調(diào)及水工程暖通、空調(diào)及水工程11.其他其他192021玻璃鋼制的花盆22可視電話罩殼格柵垃圾筒23玻璃鋼游艇24玻璃鋼在汽車中的應用玻璃鋼在汽車中的應用25板材玻璃鋼門電表箱26管道冷卻塔容器27玻璃鋼制的浮雕工藝品高壓電纜護罩281、 機車導流罩機車導流罩2、 司機室司機室3、 外頂板外頂板4、 上頂板和下層地板上頂板和下層地板5、 內(nèi)墻板內(nèi)墻板6、 通過臺通過臺7、 衛(wèi)生間衛(wèi)生間8、 外部門板外部門板9、 設備保護外殼設備保護外殼10、 內(nèi)板家具內(nèi)板家具 和座椅和座椅1

16、1、 行李箱行李箱12、 內(nèi)板隔板和門板內(nèi)板隔板和門板29第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.41.4復合材料的成型方法復合材料的成型方法30第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.51.5復合材料的特性復合材料的特性1.5.11.5.1比強度、比模量高比強度、比模量高 比強度比強度 = 強度強度/密度；比模量密度；比模量 = 模量模量/密度。密度。 碳纖維樹脂基復合材料：較高的比模量和比強度碳纖維樹脂基復合材料：較高的比模量和比強度 玻璃纖維由于模量相對較低、密度較高，其玻璃纖

17、維樹脂基玻璃纖維由于模量相對較低、密度較高，其玻璃纖維樹脂基復合材料的比模量略低于金屬材料復合材料的比模量略低于金屬材料31第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.51.5復合材料的特性復合材料的特性1.5.21.5.2耐疲勞性能好、破損安全性能高耐疲勞性能好、破損安全性能高 金屬材料的疲勞破壞：沒有明顯預兆的突發(fā)性破壞；金屬材料的疲勞破壞：沒有明顯預兆的突發(fā)性破壞； 復合材料：纖維與基體的界面能阻止裂紋的擴展，其復合材料：纖維與基體的界面能阻止裂紋的擴展，其疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，裂紋擴展逐步進行，疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)

18、開始，裂紋擴展逐步進行，時間長，破壞沒有明顯的預兆。時間長，破壞沒有明顯的預兆。 金屬材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強度的金屬材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強度的30-50%30-50%，聚，聚合物基復合材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強度的合物基復合材料的疲勞極限多為靜態(tài)抗拉強度的70-80%70-80%32第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.51.5復合材料的特性復合材料的特性1.5.31.5.3阻尼減振性好阻尼減振性好復合材料有較高的自振頻率，不易產(chǎn)生共振?；w與復合材料有較高的自振頻率，不易產(chǎn)生共振?；w與纖維的界面有較大的吸收振動能量的能

19、力。纖維的界面有較大的吸收振動能量的能力。1.5.41.5.4具有多種功能性具有多種功能性（1 1）瞬時耐高溫性、耐燒蝕性好）瞬時耐高溫性、耐燒蝕性好（2 2）優(yōu)異的電絕緣性能和高頻介電性能）優(yōu)異的電絕緣性能和高頻介電性能（3 3）良好的摩擦性能（碳纖維：低摩擦系數(shù)和自潤滑性）良好的摩擦性能（碳纖維：低摩擦系數(shù)和自潤滑性）（4 4）良好的耐腐蝕性）良好的耐腐蝕性（5 5）有特殊的）有特殊的光學、電學、磁學光學、電學、磁學的特性的特性33第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展1.5.51.5.5良好的加工工藝性良好的加工工藝性（1）材料具有可

20、設計性）材料具有可設計性（2）根據(jù)制品的形狀、大小、數(shù)量選擇加工成型方法）根據(jù)制品的形狀、大小、數(shù)量選擇加工成型方法（3）可整體成型，減少裝配零件的數(shù)量，節(jié)省工時、材）可整體成型，減少裝配零件的數(shù)量，節(jié)省工時、材料、質(zhì)量料、質(zhì)量1.5.6 1.5.6 各向異性和性能的可設計性各向異性和性能的可設計性 纖維復合材料的力學、物理性能除了由纖維、樹脂的纖維復合材料的力學、物理性能除了由纖維、樹脂的種類和體積含量而定外，還與纖維的排列方向、鋪層次序種類和體積含量而定外，還與纖維的排列方向、鋪層次序和層數(shù)密切相關。和層數(shù)密切相關。1.51.5復合材料的特性復合材料的特性34缺點和問題：缺點和問題：v工藝

21、方法的自動化、機械化程度低工藝方法的自動化、機械化程度低v材料性能的一致性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性差材料性能的一致性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性差v質(zhì)量檢測方法不完善質(zhì)量檢測方法不完善v長期耐高溫和環(huán)境老化性能不好長期耐高溫和環(huán)境老化性能不好1.51.5復合材料的特性復合材料的特性第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展351.6 1.6 復合材料的應用復合材料的應用1.6.1 1.6.1 在航空航天工業(yè)中的應用在航空航天工業(yè)中的應用第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展增韌石墨石墨混雜復合材料玻璃纖維3

22、6芳綸/杜邦聚酰胺芳綸/泡沫芯板碳纖維/杜邦聚酰胺碳纖維/環(huán)氧樹脂碳纖維/芳綸/環(huán)氧樹脂玻璃纖維增強塑料第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展37第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展38第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展39GLARE蒙皮用于蒙皮用于A380飛機的上機身蒙皮飛機的上機身蒙皮第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展40大推力、高涵道比大推力、高涵道比渦扇發(fā)動機渦扇

23、發(fā)動機大量運用了大量運用了復合材料復合材料或鈦合金或鈦合金空心寬弦葉片、整體葉盤?？招膶捪胰~片、整體葉盤。第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展41B-2隱形轟炸機隱形轟炸機 除主體結(jié)構(gòu)是除主體結(jié)構(gòu)是鈦復合材料鈦復合材料外，其它部分均由外，其它部分均由碳纖維碳纖維和和石墨石墨等等復合材料復合材料構(gòu)成，構(gòu)成，不易反射不易反射。第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展42輕巧的碳/碳復合材料第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展43全復合材

24、料全復合材料機身：輕型機的價格，中型機的寬敞客艙，客艙機身：輕型機的價格，中型機的寬敞客艙，客艙內(nèi)站立高度為內(nèi)站立高度為1.65米。米。第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展44目前商用飛機上復合材料僅占全機重量的目前商用飛機上復合材料僅占全機重量的50%，而某些直升機早已達到而某些直升機早已達到90%第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展45荷蘭計劃研發(fā)新型荷蘭計劃研發(fā)新型綠色環(huán)保飛機綠色環(huán)保飛機 外形將酷似飛碟，另一個設想就是使用復合材料，如外形將酷似飛碟，另一個設想就是使用復合材料

25、，如纖維增強塑料纖維增強塑料。這種。這種復合材料復合材料強度強度可與金屬媲美，而可與金屬媲美，而重量重量卻比金屬輕得多，可以卻比金屬輕得多，可以節(jié)省燃油節(jié)省燃油。第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展461.6.2 1.6.2 復合材料在其他行業(yè)上的應用復合材料在其他行業(yè)上的應用復合材料復合材料軍用吉普車軍用吉普車第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展47超級跑車超級跑車車身大量應用碳纖維復合材料車身大量應用碳纖維復合材料第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材

26、料的概念、特性、應用與進展48生產(chǎn)充氣船及其膠布制品，采用國際上先進的生產(chǎn)充氣船及其膠布制品，采用國際上先進的A級級RTP復合材料復合材料第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展49新型日光溫室復合材料新型日光溫室復合材料溫室溫室骨架骨架和和縱拉桿縱拉桿全部采用復合材料制成全部采用復合材料制成第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展50綠可木，生態(tài)綠可木，生態(tài)木塑木塑復合材料，復合材料，木塑木塑復合材料吸音板復合材料吸音板復合材料（玻璃鋼）制品第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展51采用高分子復合材料制作浮雕和雕塑采用高分子復合材料制作浮雕和雕塑第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展第一章聚合物基復合材料的概念、特性、應用與進展52碳纖維碳纖維/樹脂復合材料樹脂復合