復(fù)合材料的地位及作用

1、于美杰辦公電話：88396181Email：1引言復(fù)合材料的含義含有兩種或兩種以上材料成分含有兩種或兩種以上材料成分分為傳統(tǒng)復(fù)合材料分為傳統(tǒng)復(fù)合材料和和 先進先進復(fù)合材料復(fù)合材料含有高性能纖維的復(fù)合材料含有高性能纖維的復(fù)合材料引言復(fù)合材料的地位及作用材料發(fā)展的必然規(guī)律材料發(fā)展的必然規(guī)律-復(fù)合！復(fù)合！l 高分子材料老化與耐溫性高分子材料老化與耐溫性l 金屬材料的比重與加工性金屬材料的比重與加工性l 陶瓷材料的脆性陶瓷材料的脆性復(fù)合材料復(fù)合材料的特性決定了其巨大的發(fā)展?jié)摿Φ奶匦詻Q定了其巨大的發(fā)展?jié)摿p質(zhì)輕質(zhì)高強高強多功能多功能性性引言復(fù)合材料的地位及作用？國民經(jīng)濟領(lǐng)域不可缺少的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料國民經(jīng)濟

2、領(lǐng)域不可缺少的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料引言復(fù)合材料的地位及作用5引言發(fā)展復(fù)合材料的意義實例實例1：火箭：火箭殼體材料對射程的影響殼體材料對射程的影響: 引言發(fā)展復(fù)合材料的意義實例實例2：一架總重一架總重170170噸的飛機，若減重噸的飛機，若減重1%1%，一年，一年可節(jié)約可節(jié)約300600300600萬萬美元。美元。引言發(fā)展復(fù)合材料的意義 實例實例3 3：如果如果全球風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和規(guī)全球風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和規(guī)模水平能達到利用模水平能達到利用 10 %10 %的風(fēng)能資源，的風(fēng)能資源，那就足以承載全球那就足以承載全球 1/41/4的電力的電力需求量。需求量。引言先進復(fù)合材料技術(shù)：高性能的填充物及應(yīng)用技術(shù)高性能的填充

3、物及應(yīng)用技術(shù)高性能基體材料高性能基體材料理想的界面特性理想的界面特性復(fù)合材料設(shè)計及力學(xué)特點復(fù)合材料設(shè)計及力學(xué)特點復(fù)合材料成型技術(shù)復(fù)合材料成型技術(shù)復(fù)合材料失效分析、安全評價復(fù)合材料失效分析、安全評價復(fù)合材料修補和連接技術(shù)復(fù)合材料修補和連接技術(shù)復(fù)合材料性能表征和測試技術(shù)復(fù)合材料性能表征和測試技術(shù)本課程開設(shè)目的對復(fù)合材料性能的檢驗，是生產(chǎn)過程中的對復(fù)合材料性能的檢驗，是生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控質(zhì)量控制制手段和最終產(chǎn)品的手段和最終產(chǎn)品的質(zhì)量評定質(zhì)量評定依據(jù)。依據(jù)。取得可靠的取得可靠的性能數(shù)據(jù)性能數(shù)據(jù)，用作復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的，用作復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)。基本參數(shù)。學(xué)習(xí)復(fù)合材料性能測試的相關(guān)標準及使用條件。

4、學(xué)習(xí)復(fù)合材料性能測試的相關(guān)標準及使用條件。揭示復(fù)合材料的揭示復(fù)合材料的性能機理性能機理，用于指導(dǎo)復(fù)合材料的，用于指導(dǎo)復(fù)合材料的材料設(shè)計。材料設(shè)計。本課程主要內(nèi)容第一章 緒論第二章 增強體纖維性能測試第三章 基體樹脂性能測試第四章 復(fù)合材料力學(xué)性能測試第五章 復(fù)合材料物理性能測試 第六章 復(fù)合材料無損檢測技術(shù)第七章 復(fù)合材料成型質(zhì)量檢測主要參考資料纖維和樹脂基體方面：纖維和樹脂基體方面：纖維材料近代測試技術(shù)纖維材料近代測試技術(shù) 潘志娟潘志娟 主編主編Physical Properties of textile Physical Properties of textile fibresfibres

5、W.EW.E. Morton and . Morton and J.W.S.HearleJ.W.S.Hearle實用塑料測試技術(shù)實用塑料測試技術(shù)楊中文編著主要參考資料復(fù)合材料方面復(fù)合材料方面: :Mechanical Testing Mechanical Testing of of Advanced Advanced FibreFibre CompositesCompositesJ.M.HodgkinsonJ.M.Hodgkinson先進纖維增強復(fù)合材料性能測試先進纖維增強復(fù)合材料性能測試白樹林、戴蘭宏等譯白樹林、戴蘭宏等譯Carbon Fiber CompositesCarbon Fiber

6、 Composites DeborahdDeborahd. L. Chung. L. Chung復(fù)合材料試驗技術(shù)復(fù)合材料試驗技術(shù)歐陽國恩、歐國榮歐陽國恩、歐國榮 主編主編纖維增強復(fù)合材料纖維增強復(fù)合材料實驗力學(xué)實驗力學(xué) 美美 惠特尼等著惠特尼等著 王弘生等譯王弘生等譯 復(fù)合材料復(fù)合材料吳吳人人潔潔 主編主編課程特點及學(xué)習(xí)方法各種測試方法及其原理相關(guān)測試設(shè)備樣品制備和加工測試標準和測試條件數(shù)據(jù)分析及測試結(jié)果評價1. 復(fù)合材料的概念及其發(fā)展2. 復(fù)合材料的特點3. 復(fù)合材料的構(gòu)成及分類4. 纖維增強復(fù)合材料5. 復(fù)合材料測試技術(shù)第一章 緒論1. 1. 復(fù)合材料的概念及其發(fā)展什么是復(fù)合材料？什么是復(fù)

7、合材料？由有機高分子材料、無機非金屬材料、金屬材料等兩由有機高分子材料、無機非金屬材料、金屬材料等兩種或兩種以上材料通過復(fù)合工藝制備的新型材料種或兩種以上材料通過復(fù)合工藝制備的新型材料復(fù)合材料是指那些含有多個組分，且不同的組分有機復(fù)合材料是指那些含有多個組分，且不同的組分有機地結(jié)合在一起、具有新的材料性能的新材料地結(jié)合在一起、具有新的材料性能的新材料 - - carbon fiber compositescarbon fiber composites復(fù)合材料是把兩種以上宏觀上不同的材料，合理地進復(fù)合材料是把兩種以上宏觀上不同的材料，合理地進行復(fù)合而制得的一種材料，目的是通過復(fù)合來提高單行復(fù)合而

8、制得的一種材料，目的是通過復(fù)合來提高單一材料所不能發(fā)揮的各種特性一材料所不能發(fā)揮的各種特性 -復(fù)合材料復(fù)合材料黃麗等編黃麗等編1 1 復(fù)合材料的概念及其發(fā)展復(fù)合兩種以上的素材，揉合各素材所具有的特性，使之復(fù)合兩種以上的素材，揉合各素材所具有的特性，使之具有多種特性，或者依靠復(fù)合的乘積效果，使其發(fā)揮新具有多種特性，或者依靠復(fù)合的乘積效果，使其發(fā)揮新的特性。的特性。 -復(fù)合材料入門復(fù)合材料入門日日 大谷衫郎大谷衫郎兩種兩種或兩種以上物理和或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。一種多相固體材料。 -ISO -ISO (International(I

9、nternational Organization for Organization for StandardizatioStandardization)n) 國際化標準組織國際化標準組織1. 1. 復(fù)合材料的概念及其發(fā)展傳統(tǒng)復(fù)合材料傳統(tǒng)復(fù)合材料：60006000年前人類就已經(jīng)會用年前人類就已經(jīng)會用稻草加稻草加粘土（土磚）粘土（土磚）。 水泥水泥復(fù)合復(fù)合材料已廣泛地應(yīng)用于高樓大廈和河堤大壩材料已廣泛地應(yīng)用于高樓大廈和河堤大壩等的等的建筑。建筑。鋼纖維增強混凝土（鋼筋混凝土）鋼纖維增強混凝土（鋼筋混凝土）1. 1. 復(fù)合材料的概念及其發(fā)展先進復(fù)合材料先進復(fù)合材料第第一代：一代：“玻璃鋼玻璃鋼”，

10、玻璃纖維增強；，玻璃纖維增強；第二代：碳纖維增強；第二代：碳纖維增強；第三代：有機纖維增強；（芳綸）第三代：有機纖維增強；（芳綸）第四代：聚乙烯纖維增強（美國、荷蘭、日本）第四代：聚乙烯纖維增強（美國、荷蘭、日本）第五代：第五代：PBOPBO（聚聚對苯撐對苯撐苯苯并并雙惡唑）纖維增強雙惡唑）纖維增強2. 2. 復(fù)合材料的特點典型的復(fù)合材料是在一個特定的基體中典型的復(fù)合材料是在一個特定的基體中（matrixmatrix），填充有一種或多種填充體（），填充有一種或多種填充體（fillerfiller）既能保留原組分或材料的主要特色，并通過復(fù)合既能保留原組分或材料的主要特色，并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分

11、所不具備的性能；效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能；可以通過可以通過材料設(shè)計材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。 2. 2. 復(fù)合材料的特點復(fù)合材料與共混材料的區(qū)別：復(fù)合材料與共混材料的區(qū)別：廣義：復(fù)合材料和共混材料都是由多種材料的組廣義：復(fù)合材料和共混材料都是由多種材料的組合而成合而成 復(fù)合材料的特征體現(xiàn)：復(fù)合材料的特征體現(xiàn)：是兩種固相物質(zhì)間的組合是兩種固相物質(zhì)間的組合 各組分間的界面存在各組分間的界面存在“界面效應(yīng)界面效應(yīng) ”3. 3. 復(fù)合材料的構(gòu)成及分類基體 高分子：樹脂樹脂（環(huán)環(huán)氧、酚醛氧、酚醛、聚酰亞胺）

12、、橡膠、聚酰亞胺）、橡膠 無機：陶瓷、玻璃、水泥、陶瓷、玻璃、水泥、碳基碳基等等 金屬：銅、鋁、鎳、鎂等銅、鋁、鎳、鎂等增強體 纖維狀 粒狀 片狀先進復(fù)合材料填充劑優(yōu)先采用纖維狀材料先進復(fù)合材料填充劑優(yōu)先采用纖維狀材料 長纖維長纖維纖維纖維織物織物短纖維短纖維全世界的所有復(fù)合材料的生產(chǎn)量中，樹脂基復(fù)合材料占90%以上，其中95%是玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料。3. 3. 復(fù)合材料的構(gòu)成及分類按使用性能分結(jié)構(gòu)型：命名 增強體增強體+ +“/ /”+ +基體基體+ +“復(fù)合材料復(fù)合材料”例：玻璃纖維玻璃纖維/ /環(huán)氧樹脂復(fù)合材料環(huán)氧樹脂復(fù)合材料 碳纖維碳纖維/PEEK/PEEK復(fù)合材料復(fù)合材料功能型

13、：命名 功能功能+ +“復(fù)合材料復(fù)合材料”例：例：光電復(fù)合材料光電復(fù)合材料 仿生復(fù)合材料仿生復(fù)合材料3. 3. 復(fù)合材料的構(gòu)成及分類按增強體分無機纖維復(fù)合材料（玻璃纖維、碳纖維、無機纖維復(fù)合材料（玻璃纖維、碳纖維、 陶瓷纖維、礦陶瓷纖維、礦物纖維等）物纖維等）有機纖維復(fù)合材料（聚芳酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、有機纖維復(fù)合材料（聚芳酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強聚烯烴纖維等）高強聚烯烴纖維等）金屬纖維復(fù)合材料（鎢絲、不銹鋼絲等）金屬纖維復(fù)合材料（鎢絲、不銹鋼絲等）陶瓷纖維復(fù)合材料（氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維陶瓷纖維復(fù)合材料（氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）等）其它各種天然植物纖維復(fù)合材料其它

14、各種天然植物纖維復(fù)合材料高性能纖維PANPAN碳纖維碳纖維玻璃纖維玻璃纖維超高分子量超高分子量聚乙烯纖維聚乙烯纖維聚酰亞胺纖維聚酰亞胺纖維芳綸芳綸聚苯硫醚纖維聚苯硫醚纖維PBOPBO纖維纖維陶瓷纖維陶瓷纖維玄武巖纖維玄武巖纖維4. 4. 纖維增強復(fù)合材料長纖維、短纖維、纖維織物纖維材料的固有特征：高度取向纖維材料的固有特征：高度取向高度規(guī)整性高度規(guī)整性各向異性各向異性復(fù)合材料的復(fù)合效果嚴重依賴纖維在復(fù)合材料中的復(fù)合材料的復(fù)合效果嚴重依賴纖維在復(fù)合材料中的方向方向復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜性、多目的性復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜性、多目的性纖維應(yīng)用的合理設(shè)計纖維應(yīng)用的合理設(shè)計- -纖維應(yīng)用技術(shù)纖維應(yīng)用技術(shù)

15、4. 4. 纖維增強復(fù)合材料（1 1）單向布局）單向布局 纖維纖維按一個方向排列填充到基體材料中，制成復(fù)合材料按一個方向排列填充到基體材料中，制成復(fù)合材料 手段手段: : 預(yù)浸工藝、擠拉成型預(yù)浸工藝、擠拉成型 特點：材料的力學(xué)等性能對方向有極大的依賴性特點：材料的力學(xué)等性能對方向有極大的依賴性 4. 4. 纖維增強復(fù)合材料（2 2）制成二維結(jié)構(gòu)：）制成二維結(jié)構(gòu)：各向異性纖維的多方向疊層各向異性纖維的多方向疊層 （二方向、二方向、 N N 方向、方向、 短纖維短纖維無序）無序）織物織物 平織、斜紋織、緞紋織、非皺縮織平織、斜紋織、緞紋織、非皺縮織平織平織斜紋織斜紋織/(/(緞紋織緞紋織) )非皺

16、縮織非皺縮織4. 4. 纖維增強復(fù)合材料4. 4. 纖維增強復(fù)合材料（3）三維結(jié)構(gòu)：纖維纖維卷繞法卷繞法纏繞法纏繞法平行式（環(huán)箍）平行式（環(huán)箍） 螺旋式螺旋式水平式水平式極卷式極卷式4. 4. 纖維增強復(fù)合材料以碳纖維為例：5. 5. 復(fù)合材料測試技術(shù) 1. 1. 復(fù)合材料測試技術(shù)的特點：復(fù)合材料測試技術(shù)的特點：（1）對材料基本性能的測試，普遍要求提高其準確度和精密度；（2）對微觀結(jié)構(gòu)的研究幾乎應(yīng)用了所有近代測試儀器；（3）產(chǎn)品檢驗逐漸占有重要的地位，成為復(fù)合材料試驗技術(shù)不可分割的一部分。（4）非均勻性、界面和各向異性決定了試驗方法的復(fù)雜性。（5）處于不斷完善、不斷進步的過程中； 5. 5. 復(fù)合材料測試技術(shù) 2. 2. 復(fù)合材料測試標準：復(fù)合材料測試標準：為了使試驗中獲得可以互相溝通，相互比較的試驗結(jié)果為了使試驗中獲得可以互相溝通，相互比較的試驗結(jié)果，以得到最佳社會效益，就必須制定，以得到最佳社會效益，就必須制定