高分子基復(fù)合材料3

聚合物基復(fù)合材料

薛美玲開(kāi)篇課程開(kāi)設(shè)的意義—為什么開(kāi)設(shè)這門(mén)課？復(fù)合材料的發(fā)展歷史什么是復(fù)合材料？復(fù)合材料的定義復(fù)合材料的應(yīng)用本課程講授內(nèi)容課程開(kāi)設(shè)的意義—為什么開(kāi)設(shè)這門(mén)課？1、社會(huì)生活和材料發(fā)展的雙重需要2.就業(yè)需要、學(xué)科發(fā)展需要聚合物材料優(yōu)點(diǎn)：可加工、可再生利用性、韌性好

缺點(diǎn)：若用于高性能場(chǎng)合，其強(qiáng)度、硬度、耐高溫性能不足高分子材料增強(qiáng)材料復(fù)合高分子基復(fù)合材料現(xiàn)代高科技離不開(kāi)復(fù)合材料

1.噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)減重1Kg，飛機(jī)結(jié)構(gòu)可減重4Kg，升限可提高10米；2.小型洲際導(dǎo)彈第三級(jí)結(jié)構(gòu)減重1Kg，運(yùn)載火箭起飛重量可減輕50Kg，地面設(shè)備結(jié)構(gòu)重量可減輕100Kg，在有效載荷不變的條件下，增加射程15~20Km；3.航天飛機(jī)減重1Kg，發(fā)射成本減少15000美元?，F(xiàn)代航空航天領(lǐng)域?qū)︼w行器的減重要求是“克克計(jì)較”。

復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。

火箭殼體材料對(duì)射程的影響

航空航天電子信息建筑汽車(chē)農(nóng)業(yè)生物材料體育運(yùn)動(dòng)復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域美國(guó)貝奇飛機(jī)制造公司制造出世界上第一架全復(fù)合材料密封飛機(jī)：重量輕、航速快

1.由環(huán)氧樹(shù)脂、碳纖維和石墨纖維制備。2.增強(qiáng)材料為層狀、蜂窩狀。航空航天領(lǐng)域

（全復(fù)合材料飛機(jī)試飛成功）航空航天r-4直升機(jī)旋翼材料結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)歷了幾個(gè)階段：40年代至50年代為金屬木翼混合結(jié)構(gòu)，50年代中期至60年代中期為金屬結(jié)構(gòu)，60年代中期至70年代中期為玻璃纖維結(jié)構(gòu)，70年代中期以后發(fā)展成為新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。西科斯基身后是他造的r-4直升機(jī)

速度為音速5倍的超音速和高超音速客機(jī)能容納250位乘客，飛行速度約11100千米/小時(shí)。由于速度快，飛機(jī)外殼將發(fā)熱到350攝氏度，因此要用復(fù)雜的碳復(fù)合材料來(lái)代替原有的材料。飛機(jī)需要的燃料將由液體甲烷或液氫代替煤油，加注一次燃料可以飛行1.6萬(wàn)千米。預(yù)計(jì)2030年這種飛機(jī)可以投入使用。(俄羅斯)美國(guó)的無(wú)人駕駛飛機(jī)完全獨(dú)立飛行，從起飛到降落均由機(jī)上計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。飛行高度可達(dá)20362米，在空中可停留幾晝夜。這種飛機(jī)采用了最現(xiàn)代化的超輕復(fù)合材料。機(jī)翼翼展61米，用環(huán)氧樹(shù)脂與形成蜂窩結(jié)構(gòu)的石墨纖維制造。

激光陀螺儀導(dǎo)航裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

印度研制成功高級(jí)輕型直升機(jī)，它采用復(fù)合材料，如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂，芳族聚酰胺纖維增強(qiáng)環(huán)氧基樹(shù)脂等聚合物基復(fù)合材料。飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)翼由聚合物基復(fù)合材料制成，使其生存性能大大提高：航速可達(dá)250千米/小時(shí)，飛機(jī)重量約4000千克，總壽命4000小時(shí)，實(shí)際上很可能長(zhǎng)達(dá)5000飛行小時(shí)。這是一種新研制成功的輕型飛機(jī)

俄羅斯蘇霍伊軍事工業(yè)集團(tuán)制造的S－37“金雕”前掠翼戰(zhàn)斗機(jī)。是俄羅斯采用新材料和新技術(shù)的主要試驗(yàn)機(jī)型。S-37“金雕”同時(shí)采用了特殊的高級(jí)碳纖維復(fù)合材料，比常用的鋁合金要輕20％。據(jù)說(shuō)機(jī)翼還能夠彎曲。

F—22在機(jī)體上廣泛使用熱塑性(12%)和熱固(10%)性樹(shù)脂基復(fù)合材料。使用復(fù)合材料(KM)的比例(按重量)將達(dá)35%。F—22戰(zhàn)斗機(jī)使用十年后損耗率僅為F—15的1/20，維護(hù)人員將減半，一個(gè)中隊(duì)20年中的維持成本將比F—15少5億美元。法國(guó)新型第四代“陣風(fēng)”(Rafale)雙發(fā)多任務(wù)戰(zhàn)斗機(jī)，采用前置鴨翼、后掠三角翼和單垂尾氣動(dòng)布局，大量采用復(fù)合材料：常規(guī)半硬殼式結(jié)構(gòu)機(jī)身的50%采用碳纖維復(fù)合材料；后機(jī)身為碳纖維復(fù)合材料；機(jī)頭整流罩和噴管整流罩為聚芳酰胺纖維復(fù)合材料；起落架及發(fā)動(dòng)機(jī)艙門(mén)為碳纖維復(fù)合材料。

印度LCA輕型戰(zhàn)斗機(jī)

“光輝”式戰(zhàn)斗機(jī)：研制計(jì)劃的主要目標(biāo)之一就是最大限度地使用復(fù)合材料，在批量生產(chǎn)的戰(zhàn)斗機(jī)上復(fù)合材料重量可能將占到整個(gè)機(jī)身重量的40%以上。這對(duì)降低飛機(jī)空重、提高載重量及推重比而言非常重要中國(guó)國(guó)產(chǎn)第四代

戰(zhàn)機(jī)

探密

機(jī)身許多部位采用的碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有重量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)，可間接改善飛行性能，降低雷達(dá)波反射（吸波材料）。大量使用強(qiáng)度大、重量輕的合金和硬質(zhì)碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料。各型復(fù)合材料的使用量將占整機(jī)材料的20％－40％。普遍使用高性能復(fù)合材料等新型材料，以降低自身重量，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。新型材料一般是指添加了石墨的碳纖維復(fù)合材料和添加了鈦、鎂或鋰的鋁合金材料。TAG公司推出全復(fù)合材料機(jī)體無(wú)人直升機(jī)

這種新型直升機(jī)采用全復(fù)合材料機(jī)體。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使該無(wú)人直升機(jī)具有極輕的重量和極高的強(qiáng)度，從而使它們性能先進(jìn)、有效載荷大和耐航性長(zhǎng)。

火箭運(yùn)載火箭裝備中的推進(jìn)劑貯箱段用材要求越輕越好，還要有盡可能高的強(qiáng)度，不易破裂，一般多采用高強(qiáng)度鋁基復(fù)合材料制成。

中國(guó)“長(zhǎng)征”2號(hào)e的有效載荷艙

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門(mén)自動(dòng)器等三大部分組成。燃燒室和噴管可使推進(jìn)劑在室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生3000攝氏度以上的高溫和30—200個(gè)大氣壓的高壓氣體，高速?gòu)膰姽車(chē)姵?，形成?qiáng)大的推力。這些結(jié)構(gòu)要承受如此的高溫、高壓必須采用高強(qiáng)度的耐熱復(fù)合材料，并附有強(qiáng)冷卻系統(tǒng)。阿麗亞娜航天公司研制的“阿麗亞娜”火箭上的一級(jí)助推器的冷卻系統(tǒng)，由德國(guó)為其制造

美國(guó)的錫奧科爾公司研制出了一種低成本的70毫米復(fù)合材料殼體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，準(zhǔn)備替換九頭蛇70無(wú)制導(dǎo)火箭系統(tǒng)使用的MK66火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這是復(fù)合材料殼體發(fā)動(dòng)機(jī)首次用于戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)。

這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)是根據(jù)美國(guó)陸軍的一項(xiàng)合同研制的。采用復(fù)合材料殼體是為了增大非敏感彈藥的裝藥量，可承受的內(nèi)壓達(dá)7兆帕，安全系數(shù)是目前水平的4到5倍。這樣，可以根據(jù)作戰(zhàn)需要，增大飛行速度或射程?；鸺龔棽捎眠@種復(fù)合材料殼體發(fā)動(dòng)機(jī)比采用現(xiàn)有的MK66型發(fā)動(dòng)機(jī)其速度要快三分之一。

目前已經(jīng)交付了700臺(tái)復(fù)合材料殼體發(fā)動(dòng)機(jī)，并通過(guò)了鑒定試驗(yàn)。1998年1月，6枚裝有九頭蛇M(jìn)-225戰(zhàn)斗部的火箭彈從復(fù)仇者地面發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射，攻擊位于1公里以外的目標(biāo)卡車(chē)。試驗(yàn)表明，這些復(fù)合材料殼體發(fā)動(dòng)機(jī)與九頭蛇系統(tǒng)的戰(zhàn)斗部是匹配的。1998年10月底前有150枚火箭彈從AH-64直升機(jī)上發(fā)射，1999年全部完成鑒定試驗(yàn)。

如果這種基本型復(fù)合材料殼體及發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在AH-64阿帕奇直升機(jī)上通過(guò)鑒定試驗(yàn)，其速度、射程和其它作戰(zhàn)性能可以進(jìn)一步提高以滿足多種小直徑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。未來(lái)航天飛機(jī)什么樣?

航天飛機(jī)集火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)于一身，能像火箭那樣垂直發(fā)射進(jìn)入空間軌道，又能像衛(wèi)星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機(jī)那樣再進(jìn)入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。開(kāi)發(fā)了一種新型的氣塞式火箭推動(dòng)器，以使飛行器以18倍音速的速度飛行，同時(shí)，為減輕重量，采用新式的質(zhì)量較輕的復(fù)合材料制造。我國(guó)成功利用復(fù)合材料制造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星瘦身

航空航天器應(yīng)用復(fù)合材料，既可獲得金屬般的剛度和強(qiáng)度，又可大大減輕自身的重量。20世紀(jì)80年代中期，復(fù)合材料開(kāi)始應(yīng)用于我國(guó)衛(wèi)星的研制中。衛(wèi)星承力筒是衛(wèi)星內(nèi)部的一個(gè)圓柱形結(jié)構(gòu)件，它承載著衛(wèi)星的全部重量。20世紀(jì)80年代，我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的東方紅三號(hào)通信衛(wèi)星，是首次把復(fù)合材料用于主承力筒結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星。交通運(yùn)輸領(lǐng)域汽車(chē)城市交通汽車(chē)工業(yè)

歐文康寧（Owens

Cornig）公司汽車(chē)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)部和拜耳（Bayer）公司聚氨脂部聯(lián)手開(kāi)發(fā)玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料，代替汽車(chē)結(jié)構(gòu)件上的傳統(tǒng)材料。采用整體模塑生產(chǎn)的復(fù)合材料卡車(chē)箱質(zhì)輕、耐用、價(jià)廉，已在GM

Silverado上得到大規(guī)模應(yīng)用。

復(fù)合材料逐漸主導(dǎo)我國(guó)汽車(chē)零部件市場(chǎng)

當(dāng)前，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策不斷調(diào)整，新車(chē)型不斷涌現(xiàn)，跨國(guó)公司汽車(chē)品牌不斷本土化，零部件全球采購(gòu)促進(jìn)了我國(guó)汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從汽車(chē)零部件發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，零部件正向著模塊化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。零部件模塊化可以大大減少零部件組裝量，有利于增強(qiáng)汽車(chē)輪廓的流線性。復(fù)合材料無(wú)疑為汽車(chē)輕量化和模塊化提供了前提條件，并逐步向結(jié)構(gòu)復(fù)雜且大型部件方向拓展，促使汽車(chē)零部件開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低。隨著汽車(chē)輕量化的強(qiáng)烈要求，以及總體生產(chǎn)成本下降的需要，車(chē)用聚合物基復(fù)合材料發(fā)展空間廣闊。汽車(chē)儲(chǔ)氣罐納米復(fù)合材料用于汽車(chē)業(yè)

現(xiàn)在，聚合物納米復(fù)合材料已廣泛用于制備汽車(chē)部件。美國(guó)Nobel聚合物公司生產(chǎn)的含6%納米粘土的PP納米復(fù)合材料，已替代30%玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，用于制造Honda（本田）汽車(chē)公司2004年推出的AccuraTL型轎車(chē)的座位支架。該公司今年納米復(fù)合材料的銷(xiāo)售目標(biāo)為3000－4000噸。美國(guó)南方粘土公司也已開(kāi)始向GM（通用汽車(chē)）公司供應(yīng)納米復(fù)合材料，用于做汽車(chē)外飾件。Basell（巴塞爾）公司開(kāi)發(fā)的PP納米復(fù)合材料則已用于Impala牌汽車(chē)的邊板部件。

汽車(chē)業(yè)發(fā)展依靠三大“法寶”

未來(lái)靠新材料支撐

環(huán)保、輕質(zhì)、節(jié)能是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展主題，汽車(chē)的未來(lái)靠新材料支撐，新能源汽車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)的節(jié)能技術(shù)，已成為當(dāng)前全球汽車(chē)工業(yè)的開(kāi)發(fā)研究熱點(diǎn)，汽車(chē)輕量化也成為當(dāng)前汽車(chē)技術(shù)的主要發(fā)展方向。研究表明，轎車(chē)重量減輕10％，燃油消耗可減少6％。減輕汽車(chē)的自重，是降低油耗、節(jié)約能源、減少汽車(chē)排放的最有效途徑。汽車(chē)輕量化水平的高低已成為汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的標(biāo)志，成為汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題，而要實(shí)現(xiàn)輕量化新材料在自主開(kāi)發(fā)車(chē)型中的應(yīng)用，必須掌握汽車(chē)新材料的設(shè)計(jì)、成型、焊接、涂裝等技術(shù)。汽車(chē)材料是汽車(chē)品質(zhì)的基礎(chǔ)，汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展在很大程度上依托于汽車(chē)材料的發(fā)展。要研制更經(jīng)濟(jì)的汽車(chē)，就必須使用更輕便的材料，這已經(jīng)成為汽車(chē)界的一種共識(shí)。這幾年，鋁合金、高強(qiáng)度鋼、合成材料等等在汽車(chē)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。21世紀(jì)的汽車(chē)工業(yè)中，材料將會(huì)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，材料技術(shù)將推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，目前一批新型汽車(chē)材料如稀土金屬、記憶金屬、泡沫鋁材、稀土永磁材料、高性能復(fù)合材料等在快速發(fā)展的汽車(chē)工業(yè)中已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。材料技術(shù)如果不發(fā)展，汽車(chē)技術(shù)就得不到快速發(fā)展。復(fù)合材料在建筑工程上的應(yīng)用

阿爾伯泰河口復(fù)合材料橋

采用先進(jìn)復(fù)合材料制造，為世界上第一座箱式承托橋，已在1992年10月在英國(guó)阿爾伯泰河口正式建成使用。這座跨度為63米，總長(zhǎng)為113米的復(fù)合材料橋，系采用多孔拉擠件構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)體系、建橋材料及其建造等方面，都有其獨(dú)特的創(chuàng)新。該橋由ＡＣＣＳ（莫塞結(jié)構(gòu)塑料先進(jìn)復(fù)合材料系統(tǒng)）構(gòu)成，不但具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而且在承受震動(dòng)方面，有它的優(yōu)異性能。自該橋建成以后，經(jīng)受了長(zhǎng)期的風(fēng)和水流沖刷浸蝕，性能仍然完好。

車(chē)站這種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)橋具有如下的特點(diǎn)：

選用了不設(shè)中間支撐的結(jié)構(gòu)形式及體系，可以承受跨度較大，河水快速流動(dòng)和突發(fā)性的事件；可利用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)技術(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝施工，并確保整體橋的最佳性能；復(fù)合材料部件組分含量選用最佳配比，并采用多孔結(jié)構(gòu)形式；材料顏色可根據(jù)環(huán)境的情況，進(jìn)行本體著色；材料本身很輕，易于安裝，６個(gè)學(xué)生利用８?jìng)€(gè)星期的假期，就可安全地安裝而成；復(fù)合材料橋梁幾乎不需要維護(hù)，減少了大量的維修費(fèi)用。

聚合物基復(fù)合材料在建筑工業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

材料性能的可設(shè)計(jì)性：樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能可根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如要求耐水、防腐、高強(qiáng)，可選用樹(shù)脂基復(fù)合材料。由于樹(shù)脂基復(fù)合材料的重量輕，制造方便，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的建筑制品，能夠一次成型制造，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性。

力學(xué)性能好。樹(shù)脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能可在很大范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于選用的材料不同，增強(qiáng)材料的鋪設(shè)方向和方向差異，可以獲得性能判別很大的復(fù)合材料，如單向玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上，比鋼（建筑鋼）的拉伸強(qiáng)度還高，選用碳纖維作增強(qiáng)材料，制得的樹(shù)脂基復(fù)合材料彈性模量可以達(dá)到建筑鋼材水平，而其密度卻比鋼材小4～5倍。更為突出的是樹(shù)脂基復(fù)合材料在制造過(guò)程中，可以根據(jù)構(gòu)件受力狀況局部加強(qiáng)，這樣既可提高結(jié)構(gòu)的承載能力，又能節(jié)約材料的減輕自重。3.裝飾性好。樹(shù)脂基復(fù)合材料的表面光潔，可以配制成各種鮮艷的色彩，也可以制造出不同的花紋和圖案，適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術(shù)雕塑等。4.透光性。透明玻璃鋼的透光率達(dá)85%以上（與玻璃相似），其最大特點(diǎn)是不易破碎，能承受荷載。用于建筑工程時(shí)可以將結(jié)構(gòu)、圍護(hù)及采光三者綜合設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到簡(jiǎn)化采光設(shè)計(jì)，降低工程造價(jià)之目的。5.

隔熱性。建筑物的作用是能夠防止由熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流引起的溫度變化，給人們以良好的工作和休息環(huán)境。一般建筑材料的隔熱性能較差，例如普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為1.5～2.1W(m·K)，紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.81W(m·K)，樹(shù)脂基復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.05～0.08W(m·K)，比普通紅磚小10倍，比混凝土小20多倍。6.隔音性。隔音效果好壞是評(píng)價(jià)建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。但傳統(tǒng)材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度較大，隔熱性差，運(yùn)輸和安裝困難。樹(shù)脂基復(fù)合材料的隔音性能雖然不很理想，但它有消逝振動(dòng)音波及傳播音波的作用，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的夾層結(jié)構(gòu)，可達(dá)到既隔音又隔熱的雙層效果。7.電性能。玻璃鋼具有良好的絕緣性能，它不受電磁波作用，不反射無(wú)線電波。通過(guò)設(shè)計(jì)，可使其在很寬的頻段內(nèi)都具有良好的透微波性能，對(duì)電通訊系統(tǒng)的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷達(dá)天線罩和各種機(jī)房。8.耐化學(xué)腐蝕。玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機(jī)溶劑及海水腐蝕作用的能力。特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。9.透水和吸水性。玻璃鋼吸濕性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。

建筑用聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用情況

（1）承載結(jié)構(gòu)用作承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基礎(chǔ)、承重折板、屋面板、樓板等，這些復(fù)合材料構(gòu)件，主要用于化學(xué)腐蝕廠房的承重結(jié)構(gòu)、高層建筑及全玻璃鋼-復(fù)合材料樓房大板結(jié)構(gòu)。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)制品有各種波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板，各種不同材料復(fù)合板，整體式和裝配式折板結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。用作殼體結(jié)構(gòu)的板材，它既是圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又是承重結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件可用作工業(yè)及民用建筑的外墻板、隔墻板、防腐樓板、屋頂結(jié)構(gòu)、遮陽(yáng)板、天花板、薄殼結(jié)構(gòu)和折板結(jié)構(gòu)的組裝構(gòu)件。

（3）采光制品透光建筑制品有透明波形板、半透明夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和組裝式采光罩等，主要用于工業(yè)廠房、民用建筑、農(nóng)業(yè)溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂及圍擴(kuò)墻面采光等。

（4）門(mén)窗裝飾材料屬于此類(lèi)材料制品有門(mén)窗斷面復(fù)合材料拉擠型材、平板、浮雕板、復(fù)合板等，一般窗框型材用樹(shù)脂玻璃鋼。復(fù)合材料門(mén)窗防水、隔熱、耐化學(xué)腐蝕。用于工業(yè)及民用建筑，裝飾板用作墻裙、吊頂、大型浮雕等。

（5）給排水工程材料市政建設(shè)中給水、排水及污水處理工程中已大量使用復(fù)合材料制品，如各種規(guī)格的給水玻璃鋼管、高位水箱、化糞池、防腐排污管等。（6）衛(wèi)生潔具材料屬于此類(lèi)產(chǎn)品的有浴盆、洗面盆、坐便盆，各種整體式、組裝式衛(wèi)生間等，廣泛用于各類(lèi)建筑的衛(wèi)生工程和各種衛(wèi)生間。

（7）采暖通風(fēng)材料屬此類(lèi)復(fù)合材料制品有冷卻塔、管道、板材、柵板、風(fēng)機(jī)、葉片及整體成型的采暖通風(fēng)制品。工程上應(yīng)用的中央空調(diào)系統(tǒng)中的通風(fēng)廚、送風(fēng)管、排氣管、防腐風(fēng)機(jī)罩等。

（8）高層樓房屋頂建筑如旋轉(zhuǎn)餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌和廣告物等。

（9）特殊建筑大跨度飛機(jī)庫(kù)、各種尺寸的冷庫(kù)、活動(dòng)房屋、崗?fù)?、仿古建筑、移?dòng)劇院、透微波塔樓、屏蔽房、防腐車(chē)間、水工建筑、防浪堤、太陽(yáng)能房、充氣建筑等。

（10）其它復(fù)合材料在建筑中的其它用途還很多，如各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)座椅、海濱浴場(chǎng)活動(dòng)更衣室、公園仿古涼亭等。

塑木復(fù)合材料在園林建筑中的應(yīng)用

木材，和土、石一樣，可能是人類(lèi)最早拿來(lái)建造房屋，修路搭橋時(shí)使用的材料，直到現(xiàn)在，因?yàn)椴牧系囊椎?，靈活的加工特性和天然的特質(zhì)，木材，仍然是園林建筑工程中不可缺少的材料之一。但作為天然高分子材料，在自然環(huán)境，尤其是和水接觸或處在潮濕環(huán)境中時(shí)，空氣的流動(dòng)、溫度的變化、微生物的腐蝕，會(huì)讓木材很快腐蝕，喪失起使用功能。人們?yōu)榱搜娱L(zhǎng)木制品的使用壽命，不得不進(jìn)行烘干、防腐、油漆等二次處理，大大增加了維護(hù)成本。塑木復(fù)合材料（WPC）因?yàn)橛兴芰系慕槿耄綦x了木質(zhì)組分和環(huán)境的接觸，從根本上克服了木材這一缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外的WPC公司，據(jù)稱(chēng)其產(chǎn)品可保10－50年，在潮濕環(huán)境和近水環(huán)境中，WPC迅速地被關(guān)注和使用。上個(gè)世紀(jì)末，美國(guó)海軍投入了大筆費(fèi)用，研制了用于港口、碼頭的塑木護(hù)欄材料，揭開(kāi)WPC在近水建筑使用的序幕。日本將WPC用于浴室鋪板，是WPC適應(yīng)潮濕環(huán)境的范例。在海濱、湖泊、河道旁邊，WPC材料的大量使用，構(gòu)建了眾多美侖美奐的建筑案例。

塑-木復(fù)合材料的突出優(yōu)勢(shì)

1、

理化性能:塑木復(fù)合材料的物理性能可與硬木相媲美，而其防水、防蟲(chóng)蛀、耐化學(xué)品腐蝕性以及耐侯性是一般木材無(wú)可比擬的。

2、加工性能:塑木復(fù)合材料可以根據(jù)需要制作成較大的規(guī)格以及十分復(fù)雜的形狀，這些非人工所能及；并通過(guò)無(wú)機(jī)顏料制作需要的顏色，不需要油漆。

3、性價(jià)比:塑木復(fù)合材料操作簡(jiǎn)便，免維護(hù)，使用壽命是木材的5倍以上，年均使用費(fèi)用僅為木材的1/2~1/3。

塑-木復(fù)合材料的環(huán)保性能

1、原材料:充分回收利用了塑料和木纖維，消除白色污染，減少浪費(fèi)

2、無(wú)毒害:經(jīng)過(guò)170℃高溫加工，且不使用油漆等，產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害

3、可回收:到了使用年限后，材料可以重新回收利用，沒(méi)有二次污染

塑-木復(fù)合21世紀(jì)的新型節(jié)能環(huán)保材料

高密度復(fù)合材料

目前建筑用板材多是使用木屑加尿醛樹(shù)脂作粘合劑，其中的甲醛對(duì)人身傷害較大，并且無(wú)法重復(fù)使用。而且我國(guó)是森林資源十分匱乏的國(guó)家，年木材缺口高達(dá)300萬(wàn)立方米，更加大了市場(chǎng)對(duì)代木材料的需求。新型高密度復(fù)合材料，主要工藝原理是以稻草、麥秸、棉花桿、玉米桿、甘蔗渣、竹屑、蘆葦桿、木屑等農(nóng)業(yè)廢棄物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其廢棄物，如汽水瓶、可樂(lè)瓶、礦泉水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市廢棄物（白色垃圾）等作基體樹(shù)脂，并加入一定量的添加劑等，在一定工藝條件下合成。這一最新成果被聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織（UNIDO）譽(yù)為“21世紀(jì)新材料”。

新型高密度復(fù)合材料特點(diǎn)是不使用木材，可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，緩解了實(shí)行天然林保護(hù)后木材缺乏的問(wèn)題；利用廢棄物，使得物盡其用，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；無(wú)毒無(wú)害，沒(méi)有尿素和甲醛的成份，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害；產(chǎn)品密度高，強(qiáng)度好。木材、刨花板、中密度板等均易受到厭氧菌、霉菌、甲蟲(chóng)、白蟻、蛀蟲(chóng)等生物的侵害和海水的腐蝕，而該工藝生產(chǎn)的板、型材均不受以上生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蝕；屬于無(wú)三廢工藝，可多次回收廢料并反復(fù)利用，節(jié)約并降低成本；產(chǎn)品有很強(qiáng)的可塑性，可根據(jù)用戶需要，替換不同的模具或模板，直接生產(chǎn)出各種各樣的板材和型材，有極大的市場(chǎng)價(jià)值；防火性能好，有良好的阻燃性能。高密度復(fù)合材料技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物和城市廢棄物的污染排放問(wèn)題，還節(jié)省了有限的林業(yè)資源，必將對(duì)我國(guó)的21世紀(jì)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。復(fù)合材料在西歐建筑上的應(yīng)用概況

復(fù)合材料在西歐建筑領(lǐng)域的應(yīng)用以建筑電氣和屋面材料為主（日本以衛(wèi)生設(shè)備為主）。下面是復(fù)合材料在西歐建筑領(lǐng)域的應(yīng)用比例：

建筑電氣：23%；屋面材料：20%

工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施：19%；衛(wèi)生設(shè)備：11%

地面覆面材料：8%；建筑物立面貼面材料：6%

裝飾和建筑學(xué)用途：4%；

其它用途：9%

此外，玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的應(yīng)用以汽車(chē)為主，它的市場(chǎng)份額超過(guò)55%，其次是電氣、電子工業(yè)和家用器具工業(yè)。這三項(xiàng)用途占玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料全部用途的95%以上。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用復(fù)合材料大棚骨架：具有鋼的質(zhì)量、竹桿的韌性、塑料般的防水性能和柳條般的彎曲弧度。骨架堅(jiān)固耐用，耐潮、耐腐蝕，抗老化。它較鋼架不生銹。較竹木堅(jiān)固耐用，尤其是克服了鋼架的糊炕和銹水滴落菜心、花心現(xiàn)象，使棚內(nèi)收成加大，更延長(zhǎng)塑料膜的壽命，增加了大棚的安全性。

復(fù)合材料大棚骨架用途廣泛。不僅用于蔬菜大棚、種植、養(yǎng)殖，還可用于草原蒙古包的搭建等。骨架可按所需跨度定形生產(chǎn)，也可生產(chǎn)直桿，用時(shí)隨時(shí)彎曲，便于運(yùn)輸安裝。蔬菜大棚可植入人體骨內(nèi)的高分子復(fù)合材料

目前使用的骨折內(nèi)固定材料主要是金屬材料和進(jìn)口高分子材料。金屬材料存在骨組織的力學(xué)性能不匹配、須二次手術(shù)取出和易感染等缺陷。而高分子材料（如聚乳酸/羥基磷灰石復(fù)合材料），不僅具有良好的生物相容性和一定的力學(xué)強(qiáng)度，而且克服了同類(lèi)材料在普通X光下不顯影的弱點(diǎn)。近年來(lái)，解放軍203醫(yī)院“服乳酸/羥基磷灰石可吸收固定件手術(shù)治療關(guān)節(jié)周?chē)少|(zhì)骨骨折”19例臨床療效較為理想：全部病例骨折均固定至愈合無(wú)移位，無(wú)傷口感染，肢體功能恢復(fù)良好。

證實(shí)能與動(dòng)物骨骼一起生長(zhǎng)

人造骨復(fù)合材料將在人體進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)

研制的人造骨復(fù)合材料，證實(shí)能夠有效地與動(dòng)物體內(nèi)的骨骼生長(zhǎng)在一起。

動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)顯示，移植入豬大腿骨的復(fù)合材料已經(jīng)和骨骼組織生長(zhǎng)在一起。

在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，復(fù)合材料被植入脊椎骨之間，以取代損壞的椎間盤(pán)。醫(yī)生解剖了豬后發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料也充分發(fā)揮了人造椎間盤(pán)的角色。體育運(yùn)動(dòng)

復(fù)合材料“造就”奧運(yùn)會(huì)冠軍

復(fù)合材料在現(xiàn)代競(jìng)技領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。鯊魚(yú)皮泳衣、超輕跑鞋等。很多運(yùn)動(dòng)如自行車(chē)、羽毛球、高爾夫和滑雪等，其設(shè)備制造商常常利用先進(jìn)材料提升產(chǎn)品性能，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高。在悉尼奧運(yùn)會(huì)上，美國(guó)花220萬(wàn)美元，由技術(shù)專(zhuān)家和體育用品廠商來(lái)設(shè)計(jì)新的運(yùn)動(dòng)體育用品，以鞏固其在世界競(jìng)技體育上的領(lǐng)先地位。

如獲得男子自行車(chē)公路賽冠軍的德國(guó)著名車(chē)手烏爾里希的“坐騎”是用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料做的支架，質(zhì)量?jī)H7.5千克。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料除了能做羽毛球拍、網(wǎng)球拍外，在其他體育用品方面也有體現(xiàn)，比如高爾夫球桿、自行車(chē)架、釣魚(yú)竿以及復(fù)合材料賽車(chē)、游艇等。資料顯示，目前體育用品產(chǎn)業(yè)是僅次于國(guó)防工業(yè)率先使用先進(jìn)塑料復(fù)合材料最多的產(chǎn)業(yè)。上世紀(jì)70年代以前，羽拍的材料幾乎全是木材和鋼管的天下，后來(lái)采用了鋁合金，而如今完全是新材料的世界，如高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料等，因?yàn)檫@些材料更輕、更強(qiáng)、更耐用，也能吸收更多的振動(dòng)，同時(shí)讓球拍制造商在球拍的硬度、球感、擊球性能的設(shè)計(jì)上有更大的發(fā)揮空間。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量等綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中幾乎是最高的。在強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。一只用碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料生產(chǎn)的網(wǎng)球拍，質(zhì)量?jī)H為200克，只有木質(zhì)球拍的一半。碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料除了能作羽毛球拍、網(wǎng)球拍外，在其他體育用品方面也有體現(xiàn)，比如高爾夫球桿、自行車(chē)架、釣魚(yú)竿以及復(fù)合材料賽車(chē)、游艇等。在足、籃、排三大球身上，我們也會(huì)捕捉到復(fù)合材料的身影。2002年世界杯的指定用球———‘飛火流星‘就采用了拜耳公司研制的聚氨酯泡沫材料制作。另外，球體外層是用一種特耐磨的聚氨酯材料制成，使得球體能夠在極度惡劣條件下使用。當(dāng)NBA成為一個(gè)國(guó)際體育界知名的商業(yè)品牌時(shí)，聚氨酯材料的籃球鞋可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，備受全世界球迷青睞。研究表明，運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)鞋要承受相當(dāng)于人體重量5～6倍的力量，因此運(yùn)動(dòng)鞋質(zhì)地的好壞直接影響運(yùn)動(dòng)員的奔跑及彈跳能力?，F(xiàn)代籃球鞋多以人造鞣皮及輕質(zhì)透氣的網(wǎng)眼織物組成鞋面，整個(gè)鞋底多為聚氨酯材料制成，配以符合籃球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的花紋，使運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)時(shí)更顯靈活、迅捷。與此同時(shí)，PVC、PU籃球及高級(jí)合成革沙灘排球的相繼問(wèn)世，更為運(yùn)動(dòng)員和體育運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者帶來(lái)了福音。PVC籃球所用材料是聚氯乙烯人造革，它的外皮經(jīng)過(guò)防水處理，性能優(yōu)于橡膠球，是室內(nèi)外兩用球，適合廣大中小學(xué)生和初學(xué)者使用。出于對(duì)環(huán)境問(wèn)題、資源問(wèn)題的考慮，今后的體育用品還將由易于回收利用的熱塑性塑料復(fù)合材料所制造。例如目前生產(chǎn)6000萬(wàn)打高爾夫球，質(zhì)量為2萬(wàn)噸，現(xiàn)在研究人員正在高爾夫球的球芯部位試驗(yàn)用熱塑性塑料取代原橡膠制品，不久將推向市場(chǎng)。隨著體育運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)器材越來(lái)越苛刻的要求，將先進(jìn)的塑料復(fù)合材料運(yùn)用到體育用品中來(lái)是21世紀(jì)體育用品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。

空中翻轉(zhuǎn)身體粉色裝束上陣上下翻滾如銀狐如蛟龍從天而降旅游帳篷保齡球我國(guó)復(fù)合材料的現(xiàn)狀

——我國(guó)于1958年即開(kāi)始建立復(fù)合材料工業(yè)，當(dāng)時(shí)也是以軍工需要為主，由此推動(dòng)了玻璃纖維增強(qiáng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹(shù)脂的通用復(fù)合材料問(wèn)世?！?0年代又開(kāi)始發(fā)展以碳纖維和芳酰胺纖維為增強(qiáng)體的先進(jìn)復(fù)合材料，用以與“兩彈一星”配套。復(fù)合材料雖然受到有關(guān)國(guó)家部門(mén)的重視，但發(fā)展很不平衡，特別是原材料的配套問(wèn)題更為突出，加上過(guò)去工業(yè)基礎(chǔ)薄弱所以迄今的總產(chǎn)量約為8萬(wàn)噸，尚低于我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的產(chǎn)量，特別是先進(jìn)復(fù)合材料更為遜色。然而在復(fù)合材料基礎(chǔ)研究方面，無(wú)論在寬度和深度上雖不能列為先進(jìn)，但能與發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)話。在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上能占靠前的席位，并受到一定的重視。復(fù)合材料的發(fā)展歷史——滲透于人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展文明中樸素的早期——6000年前人類(lèi)就已經(jīng)會(huì)用稻草加粘土作為建筑復(fù)合材料。如故宮的墻體、越王劍。鋼筋混凝土?xí)r期——-水泥復(fù)合材料已廣泛地應(yīng)用于高樓大廈和河堤大壩等的建筑。玻璃鋼出現(xiàn)——20世紀(jì)40年代，美國(guó)用碎布酚醛樹(shù)脂制備槍托、代替木材，發(fā)展成為玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）這種種廣泛應(yīng)用的較現(xiàn)代化復(fù)合材料。20世紀(jì)70年代——金屬基復(fù)合材料20世紀(jì)80年代——陶瓷基復(fù)合材料天然復(fù)合材料實(shí)際上，在自然界就存在著許多天然的復(fù)合體。這些天然復(fù)合材料在與自然界長(zhǎng)期抗?fàn)幒脱莼^(guò)程中形成了優(yōu)化的復(fù)合組成與結(jié)構(gòu)形式。例如：

竹子、樹(shù)木等就是自生長(zhǎng)的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；

椰子殼、貝殼、牙齒、皮膚等也是復(fù)合材料；

人類(lèi)肌肉/骨骼結(jié)構(gòu)也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)原理。這些天然復(fù)合體的結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了豐富的設(shè)計(jì)思想。天然復(fù)合材料實(shí)際上，在自然界就存在著許多天然的復(fù)合體。這些天然復(fù)合材料在與自然界長(zhǎng)期抗?fàn)幒脱莼^(guò)程中形成了優(yōu)化的復(fù)合組成與結(jié)構(gòu)形式。例如：

竹子、樹(shù)木等就是自生長(zhǎng)的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；

椰子殼、貝殼、牙齒、皮膚等也是復(fù)合材料；

人類(lèi)肌肉/骨骼結(jié)構(gòu)也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)原理。這些天然復(fù)合體的結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了豐富的設(shè)計(jì)思想。復(fù)合材料的定義和分類(lèi)（關(guān)于復(fù)合材料，有著不同的定義方式。）“由兩種以上不同的原材料組成，并使原材料的性能得到充分發(fā)揮，通過(guò)復(fù)合化而得到單一材料所不具備的性能。”（島村昭治.未來(lái)を拓く先端材料，工業(yè)調(diào)查會(huì)，1982）“把一些個(gè)體典型或基本的特性組合，而得到的物質(zhì)?！保ㄓ嘤缹幍茸g，金屬基復(fù)合材料導(dǎo)論，北京，冶金工業(yè)出版社，1996）“由兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合而成的新型材料?！保▍侨藵?，復(fù)合材料，天津大學(xué)出版社，2000）“經(jīng)過(guò)一定的操作，將復(fù)數(shù)個(gè)原材料合體，或者是由復(fù)數(shù)個(gè)相生成，且具有比原材料優(yōu)異的性能。”（香川豐，八田博志.セラミックス基復(fù)合材料，アグネ承風(fēng)社，1990）復(fù)合材料的定義：由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新材料，組元間存在明顯界面。復(fù)合材料的特點(diǎn)：各組元保持各自的固有特性組分間的協(xié)同作用賦予單一材料所不具備的特殊性能，與簡(jiǎn)單混合有本質(zhì)的區(qū)別（性能上）3.具有可設(shè)計(jì)性：復(fù)合時(shí)綜合考慮原材料選擇、組分的分布設(shè)計(jì)、工藝條件選擇

復(fù)合材料的定義增強(qiáng)相（增強(qiáng)體）----纖維、晶須、顆粒。（不連續(xù)相）基體相（基體）----金屬、陶瓷、聚合物。（連續(xù)相）復(fù)合材料的組成（復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)體兩個(gè)相組成）增強(qiáng)相：一般具有很高的力學(xué)性能（強(qiáng)度、彈性模量），及特殊的功能性。增強(qiáng)體性能優(yōu)越，會(huì)使材料的性能顯著改善和增強(qiáng)。其主要作用是承受載荷或顯示功能?；w相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、耐熱性等。主要作用是將增強(qiáng)相固結(jié)成一個(gè)整體，起傳遞和均衡應(yīng)力的作用。

增強(qiáng)體（相）與基體之間存在著明顯界面基體和增強(qiáng)材料(reinforcement)都是一個(gè)龐大的材料體系、品種繁多，結(jié)構(gòu)與性能呈多樣化，所以復(fù)合體系的系統(tǒng)組合、排列給復(fù)合材料提供了的巨大的發(fā)展空間。原則上，基體結(jié)構(gòu)和性能與增強(qiáng)體差異越大，愈具復(fù)合價(jià)值，但更為重要的是基體與增強(qiáng)體之間的匹配。A.顆粒增強(qiáng)體：高強(qiáng)、高模、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬材料的微細(xì)粉末，主要起增強(qiáng)、增韌作用，而不是普通填料的填充體積或降低成本，增強(qiáng)體價(jià)格往往比基體貴。B.短纖維（晶須）(choppedfiberorwhisker)：長(zhǎng)徑比5~1000之間，橫截面積小于52×10―5cm2（當(dāng)量直徑約1~10m）的含缺陷很少的單晶纖維，其模量和強(qiáng)度接近其純晶體的理論值。主要有金屬晶須、氧化物晶須、氮化物晶須、硼化物晶須和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)晶須。

C.纖維及其織物(braidedfabricorfilamentwinding)：植物纖維、動(dòng)物纖維、碳物纖維、合成纖維等。復(fù)合材料系統(tǒng)組合分散相連續(xù)相金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料金屬

材料金屬纖維(絲)纖維金屬基復(fù)合材料鋼絲/水泥復(fù)合材料增強(qiáng)橡膠金屬晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶瓷基復(fù)合材料

金屬片材

金屬/塑料板無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷纖維纖維/金屬基復(fù)合材料纖維/陶瓷基復(fù)合材料

晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶基復(fù)合材料

顆粒彌散強(qiáng)化合金材料

粒子填充塑料玻璃纖維

纖維/村脂基復(fù)合材料粒子

碳纖維碳纖維/金屬基復(fù)合材料纖維/陶基復(fù)合材料纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料炭黑

顆粒/橡膠顆粒/樹(shù)脂基復(fù)合材料有機(jī)高分子材料有機(jī)纖維

纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料塑料金屬/塑料

橡膠

按性能分類(lèi)：普通復(fù)合材料、先進(jìn)復(fù)合材料

聚合物復(fù)合材料（熱塑性、熱固性）金屬基復(fù)合材料按基體分類(lèi)：陶瓷基復(fù)合材料碳碳復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

按用途分類(lèi)：功能復(fù)合材料、智能復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料

按增強(qiáng)劑分類(lèi)：短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三向編織復(fù)合材料復(fù)合材料分類(lèi)——普通復(fù)合材料：以普通玻璃Gf、合成Gf或天然纖維Gf增強(qiáng)普通聚合物復(fù)合材料，如玻璃鋼、鋼筋混凝土等,用于量大面廣的場(chǎng)合?！冗M(jìn)復(fù)合材料（AdvancedComposite，HighPerformanceComposite）：以高性能增強(qiáng)劑（碳、硼、Kevlar、氧化鋁、SiC纖維及晶須等）增強(qiáng)耐高溫聚合物、金屬、陶瓷和碳（石墨）等復(fù)合材料。一般來(lái)講，先進(jìn)復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比剛度應(yīng)分別達(dá)到400MPa/(g/cm3)和40GPa/(g/cm3)以上，用于高技術(shù)領(lǐng)域，量少要求高的場(chǎng)合?！Y(jié)構(gòu)復(fù)合材料：用作承力和次承力結(jié)構(gòu)。要求具有質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高剛度、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性好、絕熱性能好、耐介質(zhì)腐蝕。增強(qiáng)體承受載荷，基體粘結(jié)、傳遞應(yīng)力并增韌。材料按受力狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)?！δ軓?fù)合材料：除力之外還提供其它物理性能的材料，如：電性能（導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、壓電）熱學(xué)性能（絕熱、導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)）聲學(xué)性能（吸熱、消聲納）磁學(xué)性能（永磁、軟磁、磁致伸縮）光學(xué)性能（透光、選擇吸收、光致變色）摩擦、阻尼等。功能復(fù)合材料包括機(jī)敏和智能復(fù)合材料?！祀s復(fù)合材料：由兩種或兩種以上基體或增強(qiáng)體進(jìn)行混雜，構(gòu)成的復(fù)合材料。通過(guò)產(chǎn)生混雜效應(yīng)改善性能和降低成本。——結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)合材料：在保持材料基本力學(xué)性能的前提下，具有特定功能特性，如光、電、磁、摩擦、阻尼等。

(1)

基體

熱固性基體(thermosettingmatrix)：i)熔體或溶液粘度低，易于浸漬與浸潤(rùn)，成型工藝性好ii)交聯(lián)固化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，尺寸穩(wěn)定性、耐熱性好，但性脆iii)制備過(guò)程伴有復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)

熱塑性基體(thermoplasticmatrix)：i)溶體或溶液粘度大，浸漬與浸潤(rùn)困難，需較高溫度和壓力下成型，工藝性差ii)線性分子結(jié)構(gòu)，抗蠕變和尺寸穩(wěn)定性差，但韌性好iii)制備過(guò)程中伴有聚集態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及取向、結(jié)晶等物理現(xiàn)象

(2)增強(qiáng)體主要有碳纖、玻纖維、芳綸纖維、硼纖維等由于樹(shù)脂基體與增強(qiáng)體相容性、浸潤(rùn)性較差，增強(qiáng)體多經(jīng)過(guò)表面處理與表面改性，以及浸潤(rùn)劑、偶聯(lián)劑和涂復(fù)層的使用，使其組成復(fù)雜化。聚合物基復(fù)合材料（

PMC）的組成

(1)基體：Al、Mg、Ti、Ni等輕金屬及其它們的合金（比強(qiáng)度、比模量高）(2)增強(qiáng)體：強(qiáng)度、模量和熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于金屬基體的金屬或非金屬材料。主要有：硼纖維、碳纖維、SiC纖維、Al2O3纖維鎢絲、鋼絲、不銹鋼絲陶瓷顆粒、晶須等特點(diǎn)：保持金屬材料特性外，與金屬基體相比具有高強(qiáng)、高模、高韌性、高抗沖、尺寸穩(wěn)定性好、抗疲勞性能好等特點(diǎn)，可沿用大部分金屬成型加工方法，適合于用作中、高溫結(jié)構(gòu)材料。金屬基復(fù)合材料（

MMC）的組成

(1)基體：氧化鋁、氮化硅、碳化硅、玻璃等特種陶瓷

陶瓷本身：高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐磨、抗氧化等陶瓷致命缺點(diǎn)：性脆、抗熱震性（抗熱沖擊性）差，抗震性差且對(duì)裂紋、氣孔和混雜物等細(xì)微缺陷敏感，易突然失效

(2)增強(qiáng)材料：碳纖維、硼纖維、α-Al2O3纖維、氧化鋁-硼酸鹽纖維\鎢絲、鈮絲、不銹鋼絲、SiC晶須、SiN4晶須、ZrO顆粒等，復(fù)合的目的不是提高模量與強(qiáng)度，而是對(duì)陶瓷基體增韌CMC仍以燒結(jié)成型為主，由于基體與增強(qiáng)體都具有高模量、高耐溫特點(diǎn)，殘余應(yīng)力很大，導(dǎo)致微裂紋，因此，兩相的熱膨脹系數(shù)必須匹配,CMC適合于作高溫結(jié)構(gòu)材料，被稱(chēng)為“材料的夢(mèng)想”。

陶瓷基復(fù)合材料（

CMC）的組成

化學(xué)組成單一，C元素，但C的形態(tài)與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜(1)基體碳：i)CVD碳；ii)樹(shù)脂碳；iii)瀝青碳(2)增強(qiáng)體：高性能碳纖維及其織物(3)性能特點(diǎn)：保持碳材料（石墨）的特性，如：密度低、低蠕變、高導(dǎo)熱、低CTE、高抗熱震性、高耐溫、耐燒蝕等的同時(shí)，還具有高強(qiáng)、高模、抗疲勞、力學(xué)性能隨溫度升高而升高的特點(diǎn)缺點(diǎn)：高溫下易氧化，材料多孔而疏松

高溫結(jié)構(gòu)材料和耐燒蝕材料，近年發(fā)展很快。C/C復(fù)合材料組成

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)(structureofcomposites)

①

無(wú)規(guī)分散（彌散）增強(qiáng)結(jié)構(gòu)（含顆粒、晶須、短纖維）(randomlyoriented)②

連續(xù)長(zhǎng)纖單向增強(qiáng)結(jié)構(gòu)（單向板）(aligned)③

層合(板)結(jié)構(gòu)(二維織布或連續(xù)纖維鋪層，每層

不同)(laminate)④

三維編織體增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(braidedfabricorfilamentwinding)⑤

夾層結(jié)構(gòu)（蜂窩夾層等）(sandwichconstructure)⑥

混雜結(jié)構(gòu)(hybridconstructure)

引入相的“連通性”概念，理論上可將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)劃分為

0-3型、1-3型2-2型、2-3型、3-3型等幾種典型結(jié)構(gòu)三維編織纖維結(jié)構(gòu)三維正交非織造的纖維結(jié)構(gòu)

(a)非線性法平面增強(qiáng)(b)一種開(kāi)式格狀結(jié)構(gòu)(c）一種柔性結(jié)構(gòu)

管、容器的螺旋纏繞平面纏繞線型

各種玻璃夾層結(jié)構(gòu)

單向及準(zhǔn)各向同性板的鋪層結(jié)構(gòu)混雜復(fù)合材料的混雜類(lèi)型基本概念和界面現(xiàn)象基本概念：相、界面、表面、界面相（層）、表面張力、界面能接觸角、粘附功

界面現(xiàn)象：①表面吸附作用與浸潤(rùn)②擴(kuò)散與粘結(jié)（含界面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）③界面上分子間相互作用力（范氏力和化學(xué)鍵合力）復(fù)合材料的界面(interfaceofcomposites)2.

復(fù)合材料的界面形成過(guò)程

PMC、MMC、CMC、C/C等復(fù)合材料體系對(duì)界面要求各不相同，它們的成型加工方法與工藝差別很大，各有特點(diǎn)，使復(fù)合材料界面形成過(guò)程十分復(fù)雜，理論上可分為三個(gè)階段。（1）第一階段：增強(qiáng)體表面預(yù)處理或改性階段。 i)界面設(shè)計(jì)與控制的重要手段 ii)改性層成為最終界面層的重要組成部分 iii)為第二階段作準(zhǔn)備（2）第二階段：增強(qiáng)體與基體在一組份為液態(tài)（或粘流態(tài)）時(shí)的接觸與浸潤(rùn)過(guò)程i)

接觸—吸附與浸潤(rùn)—交互擴(kuò)散—化學(xué)結(jié)合或物理結(jié)合?；瘜W(xué)結(jié)合可看作是一種特殊的浸潤(rùn)過(guò)程 ii)界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段（3）第三階段：液態(tài)（或粘流態(tài)）組分的固化過(guò)程，即凝固或化學(xué)反應(yīng)i)界面的固定（亞穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài)） ii)界面的穩(wěn)定（穩(wěn)態(tài)、平衡態(tài)）在復(fù)合材料界面形成過(guò)程中涉及：i)界面間的相互置換：如，潤(rùn)濕過(guò)程是一個(gè)固-液界面置換固-氣表面的過(guò)程ii)

界面間的相互轉(zhuǎn)化：如，固化過(guò)程是固-液界面向固-固界面轉(zhuǎn)化的過(guò)程后處理過(guò)程：固-固界面自身完善與平衡的過(guò)程

PMC界面區(qū)域(interfacezoneofPMC)示意圖1-外力場(chǎng)；2-樹(shù)脂基體；3-基體表面區(qū)；4-相互滲透區(qū)；5-增強(qiáng)劑表面區(qū)；6-增強(qiáng)劑

3.復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)i)非單分子層，其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜、形式多樣。界面區(qū)至少包括：基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體/增強(qiáng)體界面層三個(gè)部分ii)

具有一定厚度的界面相（層），其組成、結(jié)構(gòu)、性能隨厚度方向變化而變化，具有“梯度”材料的性能特征iii)

界面的比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大（尤其是納米復(fù)合材料）界面效應(yīng)顯著：復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源iv)

界面缺陷形式多樣（包括殘余應(yīng)力）(residualstress)，對(duì)復(fù)合材料性能影響十分敏感

PMC界面區(qū)域(interfacezoneofPMC)示意圖1-外力場(chǎng)；2-樹(shù)脂基體；3-基體表面區(qū)；4-相互滲透區(qū)；5-增強(qiáng)劑表