第八章功能復(fù)合材料

第八章功能復(fù)合材料1復(fù)合材料簡介

2材料分類：金屬、無機非金屬、有機高分子材料

各有千秋揚長避短

克服單一材料的缺點

產(chǎn)生原來單一材料沒有本身所沒有的新性能復(fù)合材料3材料的優(yōu)缺點組合示意圖4以下五點概括了復(fù)合材料的特點：1、復(fù)合材料的組分和相對含量是由人工選擇和設(shè)計的；2、復(fù)合材料是以人工制造而非天然形成的（區(qū)別于具有某些復(fù)合材料形態(tài)特征的天然物質(zhì)）；53、組成復(fù)合材料的某些組分在復(fù)合后仍然保持其固有的物理和化學(xué)性質(zhì)（區(qū)別于化合物和合金）；4、復(fù)合材料的性能取決于各組成相性能的協(xié)同。復(fù)合材料具有新的、獨特的和可用的性能，這種性能是單個組分材料性能所不及或不同的；5、復(fù)合材料是各組分之間被明顯界面區(qū)分的多相材料。6復(fù)合材料在世界各國還沒有統(tǒng)一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據(jù)增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：復(fù)合材料的命名7（1）強調(diào)基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等。（2）強調(diào)增強體時以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復(fù)合材料、碳纖維增強復(fù)合材料、陶瓷顆粒增強復(fù)合材料等。8復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)通常是一個相為連續(xù)相，成為基體；而另外一相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中的分散相，它顯著增強材料的性能，故常稱為增強體。多數(shù)情況下，分散相較基體硬，剛度和強度較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。在基體和增強體之間存在著界面。9復(fù)合材料及其增強相的各種形態(tài)纖維狀顆粒狀層狀片狀填充狀10與傳統(tǒng)材料(如金屬、木材、水泥等)相比，復(fù)合材料是一種新型材料。它具有許多優(yōu)良的性能，并且其成本在逐漸地下降，成型工藝的機械化、白動化程度也在不斷地提高。團此，復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。復(fù)合材料的應(yīng)用11氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦12硼纖維金屬基復(fù)合材料制成的火箭履軸的管道輸送部件13美國B-2隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的碳纖維復(fù)合材料14由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜15先進橡膠輪胎使汽車成為交通主宰賽車上使用的特殊輪胎16人工合成的金剛石17高分子分離膜已被用來制造高效家庭凈水器18人工腎臟19生物陶瓷人造關(guān)節(jié)20可調(diào)節(jié)的太陽鏡耐高溫纖維制成的消防人員的服裝21復(fù)合材料的基體材料

復(fù)合材料的原材料包括基體材料和增強材料。

基體材料主要包括以下三部分：

金屬基體材料、陶瓷基體材料和聚合物基體材料22復(fù)合材料的增強材料

在復(fù)合材料中，粘結(jié)在基體內(nèi)以改進其機械性能的高強度材料稱為增強材料。

增強材料有時也稱作增強體、增強劑等。23

增強材料共分為三類：①纖維及其織物②晶須

③顆粒24一、纖維

如，植物纖維－－－棉花、麻類；動物纖維－－－絲、毛；礦物纖維－－－石棉。天然纖維強度較低，現(xiàn)代復(fù)合材料的增強材料用合成纖維。25

纖維在復(fù)合材料中起增強作用，是主要承力組分。

纖維不僅能使材料顯示出較高的抗張強度和剛度，而且能減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖擊強度等。26

纖維可分為有機纖維和無機纖維27（一）有機纖維

芳綸纖維

聚乙烯纖維

尼龍纖維28（二）無機纖維1、玻璃纖維2、特種玻璃纖維3、碳纖維4、硼纖維5、氧化鋁纖維6、碳化硅纖維7、氮化硼纖維8、其他纖維29１、玻璃纖維（GlassFibre,GF或Gt）

1.1玻璃纖維及其制品；1.2玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成；1.3玻璃纖維的物理性能；1.4玻璃纖維的化學(xué)性能。301.1玻璃纖維及其制品

①概述隨著玻璃鋼工業(yè)的發(fā)展，玻璃纖維工業(yè)也得到迅速發(fā)展。

國外玻璃纖維的主要特點如下：31Ａ、普遍采用池窯拉絲新技術(shù)；Ｂ、大力發(fā)展多排多孔拉絲工藝；Ｃ、用于玻璃鋼的纖維直徑逐漸向粗的方向發(fā)展，纖維直徑為14--24um，甚至達27um；Ｄ、大量生產(chǎn)無堿纖維；32Ｅ、大力發(fā)展無紡織玻璃纖維織物，無捻粗紗和短切纖維氈片所占比例增加；Ｆ、重視纖維--樹脂界面的研究，偶聯(lián)劑的品種不斷增加，玻璃纖維的前處理受到普遍重視。

33我國玻璃纖維工業(yè)誕生于1950年，當(dāng)時只能生產(chǎn)絕緣材料用的初級纖維。1958年以后，玻璃纖維工業(yè)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)在全國有大、小玻璃纖維廠家200多個，玻璃纖維年產(chǎn)量為5萬噸，其中無堿纖維占20％，中堿纖維占80％，纖維直徑多數(shù)為6--8um，正向粗纖維方向發(fā)展。34

池窯拉絲工藝正在推廣，重視纖維--樹脂界面的研究，新型偶聯(lián)劑不斷出現(xiàn)，許多玻璃纖維廠使用前處理工藝，玻璃纖維工業(yè)的不斷發(fā)展促進了我國復(fù)合材料及尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。35②玻璃纖維的分類玻璃纖維的分類方法很多。通常從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀及纖維特性等方面進行分類。361．以玻璃原料成分分類這種分類方法主要用于連續(xù)玻璃纖維的分類。一般以不同的含堿量來區(qū)分：(1)無堿玻璃纖維(2)中堿玻璃纖維(3)有堿玻璃纖維(4)特種玻璃纖維37(1)無堿玻璃纖維(通稱E玻纖)：是以鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，這種纖維強度較高，耐熱性和電性能優(yōu)良，能抗大氣侵蝕，化學(xué)穩(wěn)定性也好(但不耐酸)。38

無堿玻璃纖維最大的特點是電性能好，因此也把它稱做電氣玻璃?，F(xiàn)在，國內(nèi)外大多數(shù)都使用這種Ｅ破璃纖維作為復(fù)合材料的原材料。目前，國內(nèi)規(guī)定其堿金屬氧化物含量不大于0.5％，國外一般為1％左右。39(2)中堿玻璃纖維它是指堿金屬氧化物含量在11.5％~12.5％之間的玻璃纖維。國外沒有這種玻璃纖維，它的主要特點是耐酸性好，但強度不如E玻璃纖維高。它主要用于耐腐蝕領(lǐng)域中，價格較便宜。40(3)有堿玻璃(A玻璃)纖維

有堿玻璃稱A玻璃，類似于窗玻璃及玻璃瓶的鈉鈣玻璃。此種玻璃由于含堿量高，強度低，對潮氣侵蝕極為敏感，因而很少作為增強材料。41(4)特種玻璃纖維如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維，鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維，含鉛纖維，高硅氧纖維，石英纖維等。422．以單絲直徑分類玻璃纖維單絲呈圓柱形，以其直徑的不同可以分為以下幾種：

粗纖維：30um；初級纖維：20um;

中級纖維：10~20um；

高級纖維：3~10um(亦稱紡織纖維)。對于單絲直徑小于4um的玻璃纖維稱為超細(xì)纖維。43

單絲直徑不同，不僅使纖維的性能有差異，而且影響到纖維的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)量和成本。一般5~10um的纖維作為紡織制品使用，10~14um的纖維一般做無捻粗紗、無紡布、短切纖維氈等較為適宜。443．以纖維外觀分類有連續(xù)纖維，其中有無捻粗紗及有捻粗紗(用于紡織)、短切纖維、空心玻璃纖維、玻璃粉及磨細(xì)纖維等。454．以纖維特性分類根據(jù)纖維本身具有的性能可分為：高強玻璃纖維、高模量玻璃纖維、耐堿玻璃纖維、耐酸玻璃纖維、普通玻璃纖維(指無堿及中堿玻璃纖維)。461.3玻璃纖維的物理性能玻璃纖維具有一系列優(yōu)良性能，拉伸強度高，防火、防霉、防蛀、耐高溫和電絕緣性能好等。玻璃纖維的缺點是具有脆性，不耐腐，對人的皮膚有刺激性等。47(1)外觀和比重一般天然或人造的有機纖維，其表面都有較深的皺紋；而對于玻璃纖維來說，其表面呈光滑的圓柱，其橫斷面幾乎都是完整的圓形。48宏觀看來，由于表面光滑，纖維之間的抱合力非常小，不利于和樹脂粘結(jié)；又由于呈圓柱狀，所以玻璃纖維彼此相靠近時，空隙填充的較為密實，這對于提高復(fù)合材料制品的玻璃含量是有利的。49

玻璃纖維直徑從1.5~25um，大多數(shù)為4~14um。

玻璃纖維的密度為2.16~4.30g／cm3，其比重較有機纖維大很多，但比一般的金屬比重要低，與鋁相比幾乎一樣。所以在航空工業(yè)上用復(fù)合材料代替鋁鈦合金就成為可能。此外，一般情況下，無堿玻璃纖維的比重大于有堿纖維。50(2)表面積大由于玻璃纖維的表面積大，使得纖維表面處理的效果對性能的影響很大。51聚合物基復(fù)合材料的成型工藝

聚合物基復(fù)合材料的性能在纖維與樹脂體系確定后，主要決定于成型工藝。成型工藝主要包括以下兩個方面：52一是成型，即將預(yù)浸料按產(chǎn)品的要求，鋪置成一定的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀;二是固化，即把已鋪置成一定形狀的疊層預(yù)浸料，在溫度、時間和壓力等因素影響下使形狀固定下來，并能達到預(yù)期的性能要求。53生產(chǎn)中采用的成型工藝(1)手糊成型 (2)注射成型(3)真空袋壓法成型(4)擠出成型(5)壓力袋成型(6)纖維纏繞成型(7)樹脂注射和樹脂傳遞成型(8)真空輔助樹脂注射成型54(9)連續(xù)板材成型(10)拉擠成型(11)離心澆鑄成型(12)層壓或卷制成型(13)夾層結(jié)構(gòu)成型(14)模壓成型(15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型(16)噴射成型55(1)手糊成型工藝手糊成型工藝是復(fù)合材料最早的一種成型方法，也是一種最簡單的方法，其具體工藝過程如下：56首先，在模具上涂刷含有固化劑的樹脂混合物，再在其上鋪貼一層按要求剪裁好的纖維織物，用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物，使其均勻浸膠并排除氣泡后，再涂刷樹脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過程直至達到所需厚度為止。

57然后，在一定壓力作用下加熱固化成型（熱壓成型）或者利用樹脂體系固化時放出的熱量固化成型（冷壓成型），最后脫模得到復(fù)合材料制品。其工藝流程如下圖所示：58模具準(zhǔn)備涂脫模劑手糊成型樹脂膠液配制增強材料準(zhǔn)備固化脫模后處理檢驗制品手糊成型工藝流程圖59為了得到良好的脫模效果和理想的制品，同時使用幾種脫模劑，可以發(fā)揮多種脫模劑的綜合性能。60手糊成型工藝優(yōu)點

①不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)；②設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費低。61

③工藝簡單；④易于滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材料⑤制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。62手糊成型工藝缺點

①生產(chǎn)效率低，勞動強度大，勞動衛(wèi)生條件差。②產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。③產(chǎn)品力學(xué)性能較低。632．模壓成型工藝

模壓成型工藝是一種古老的技術(shù)，早在20世紀(jì)初就出現(xiàn)了酚醛塑料模壓成型。模壓成型是一種對熱固性樹脂和熱塑性樹脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。64模壓成型工藝過程將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對模中，閉模后加熱使其熔化，并在壓力作用下充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制品；再經(jīng)加熱使樹脂進一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料制品。65金屬對模準(zhǔn)備涂脫模劑膜壓成型模塑料、顆粒樹脂短纖維固化脫模后處理檢驗制品加熱、加壓加熱冷卻膜壓成型工藝流程圖66

模壓成型工藝優(yōu)點模壓成型工藝有較高的生產(chǎn)效率，制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型，無需二次加工，制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實現(xiàn)機械化和自動化等。67模壓成型工藝缺點

模具設(shè)計制造復(fù)雜，壓機及模具投資高，制品尺寸受設(shè)備限制，一般只適合制造批量大的中、小型制品。68

模壓成型工藝已成為復(fù)合材料的重要成型方法，在各種成型工藝中所占比例僅次于手糊/噴射和連續(xù)成型，居第三位。近年來隨著專業(yè)化、自動化和生產(chǎn)效率的提高，制品成本不斷降低，使用范圍越來越廣泛。69模壓制品主要用作結(jié)構(gòu)件、連接件、防護件和電氣絕緣等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、電氣、化工、建筑、機械等領(lǐng)域。由于模壓制品質(zhì)量可靠，在兵器、飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星上也都得到應(yīng)用。703.層壓成型工藝

層壓成型工藝，是把一定層數(shù)的浸膠布(紙)疊在一起，送入多層液壓機，在一定的溫度和壓力下壓制成板材的工藝。

層壓成型工藝屬于干法壓力成型范疇，是復(fù)合材料的一種主要成型工藝。71層壓成型工藝生產(chǎn)的制品包括各種絕緣材料板、人造木板、塑料貼面板、覆銅箔層壓板等。復(fù)合材料層壓板的生產(chǎn)工藝流程如下72層壓板的生產(chǎn)工藝流程增強材料熱固性樹脂浸膠膠布裁剪疊合熱壓脫模切邊產(chǎn)品73

層壓成型工藝的優(yōu)點是制品表面光潔、質(zhì)量較好且穩(wěn)定以及生產(chǎn)效率較高。

層壓成型工藝的缺點是只能生產(chǎn)板材，且產(chǎn)品的尺寸大小受設(shè)備的限制。745.連續(xù)纏繞成型工藝將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強塑料制品的工藝過程，稱為纏繞工藝。纏繞工藝流程圖如下圖所示：75纏繞工藝流程圖紗團集束膠液配制浸膠烘干絡(luò)紗膠紗紗綻張力控制縱、環(huán)向纏繞芯?？v、環(huán)向纏繞張力控制加熱粘流固化脫模打模噴漆成品濕法纏繞成型工藝干法纏繞成型工藝76利用連續(xù)纖維纏繞技術(shù)制作復(fù)合材料制品時，有兩種不同的方式可供選擇：一是將纖維或帶狀織物浸樹脂后，再纏繞在芯模上；二是先將纖維或帶狀織物纏好后，再浸漬樹脂。目前普遍采用前者。77

纏繞機類似一部機床，纖維通過樹脂槽后，用軋輥除去纖維中多余的樹脂。為改善工藝性能和避免損傷纖維，可預(yù)先在纖維表面徐覆一層半固化的基體樹脂，或者直接使用預(yù)浸料。78纖維纏繞方式和角度可以通過機械傳動或計算機控制。

纏繞達到要求厚度后，根據(jù)所選用的樹脂類型，在室溫或加熱箱內(nèi)固化、脫模便得到復(fù)合材料制品。

79利用纖維纏繞工藝制造壓力容器時，一般要求纖維具有較高的強度和模量，容易被樹脂浸潤，纖維紗的張力均勻以及纏繞時不起毛、不斷頭等。

80另外，在纏繞的時候，所使用的芯模應(yīng)有足夠的強度和剛度，能夠承受成型加工過程中各種載荷（纏繞張力、固化時的熱應(yīng)力、自重等），滿足制品形狀尺寸和精度要求以及容易與固化制品分離等。81常用的芯模材料有石膏、石蠟、金屬或合金、塑料等，也可用水溶性高分材料，如以聚烯醇作粘結(jié)劑制成芯模。

82

連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的優(yōu)點首先，纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度高，通過改變纖維排布方式、數(shù)量，可以實現(xiàn)等強度設(shè)計，因此，能在較大程度上發(fā)揮增強纖維抗張性能優(yōu)異的特點，83

其次，用連續(xù)纖維纏繞技術(shù)所制得的成品，結(jié)構(gòu)合理，比強度和比模量高，質(zhì)量比較穩(wěn)定和生產(chǎn)效率較高等。84連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的缺點

設(shè)備投資費用大，只有大批量生產(chǎn)時才可能降低成本。85

連續(xù)纖維纏繞法適于制作承受一定內(nèi)壓的中空型容器，如固體火箭發(fā)動機殼體、導(dǎo)彈放熱層和發(fā)射筒、壓力容器、大型貯罐、各種管材等。86近年來發(fā)展起來的異型纏繞技術(shù)，可以實現(xiàn)復(fù)雜橫截面形狀的回轉(zhuǎn)體或斷面呈矩形、方形以及不規(guī)則形狀容器的成型。87

6.拉擠成型工藝

拉擠成型工藝中，首先將浸漬過樹脂膠液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置作用下通過成型模而定型；88

其次，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長度不受限制的復(fù)合材料，如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等。89一般情況下，只將預(yù)制品在成型模中加熱到預(yù)固化的程度，最后固化是在加熱箱中完成的。臥式拉擠成型過程原理圖制品切割纖維樹脂槽擠膠器預(yù)成型拉攏熱模90

拉擠成型過程中，要求增強纖維的強度高、集束性好、不發(fā)生懸垂和容易被樹脂膠液浸潤。常用的增強纖維如玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維以及金屬纖維等。91用作基體材料的樹脂以熱固性樹脂為主，要求樹脂的粘度低和適用期長等。大量使用的基體材料有不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等。92另外，以耐熱性較好、熔體粘度較低的熱塑性樹脂為基體的拉擠成型工藝也取得了很大進展。其拉擠成型的關(guān)鍵在于增強材料的浸漬。93

在拉擠成型工藝中，目前常用的方法如熱熔涂覆法和混編法。

熱熔涂覆法是使增強材料通過熔融樹脂，浸漬樹脂后在成型模中冷卻定型；94混編法中，首先按一定比例將熱塑性聚合物纖維與增強材料混編織成帶狀、空芯狀等幾何形狀的織物；然后，利用具有一定幾何形狀的織物通過熱模時基體纖維熔化并浸漬增強材料，冷卻定型后成為產(chǎn)品。95拉擠成型的優(yōu)點

①生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化；

②制品中增強材料的含量一般為40％--80％，能夠充分發(fā)揮增強材料的作用，制品性能穩(wěn)定可靠；96

③不需要或僅需要進行少量加工，生產(chǎn)過程中樹脂損耗少；

④制品的縱向和橫向強度可任意調(diào)整，以適應(yīng)不同制品的使用要求，其長度可根據(jù)需要定長切割。97拉擠制品的主要應(yīng)用領(lǐng)域(1)耐腐蝕領(lǐng)域。主要用于上、下水裝置，工業(yè)廢水處理設(shè)備、化工擋板及化工、石油、造紙和冶金等工廠內(nèi)的欄桿、樓梯、平臺扶手等。(2)電工領(lǐng)域。主要用于高壓電纜保護管、電纜架、絕緣梯、絕緣桿、燈柱、變壓器和電機的零部件等。98(3)建筑領(lǐng)域。主要用于門窗結(jié)構(gòu)用型材、桁架、橋梁、欄桿、支架、天花板吊架等。(4)運輸領(lǐng)域。主要用于卡車構(gòu)架、冷藏車箱、汽車籠板、剎車片、行李架、保險桿、船舶甲板、電氣火車軌道護板等。99(5)運動娛樂領(lǐng)域。主要用于釣魚桿、弓箭桿、滑雪板、撐桿跳桿、曲輥球輥、活動游泳池底板等。(6)能源開發(fā)領(lǐng)域。主要用于太陽能收集器、支架、風(fēng)力發(fā)電機葉片和抽油桿等。(7)航空航天領(lǐng)域。如宇宙飛船天線絕緣管，飛船用電機零部件等。100目前，隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，正向著提高生產(chǎn)速度、熱塑性和熱固性樹脂同時使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料和方向發(fā)展。生產(chǎn)大型制品，改進產(chǎn)品外觀質(zhì)量和提高產(chǎn)品的橫向強度都將是拉擠成型工藝今后的發(fā)展方向。101功能復(fù)合材料102

復(fù)合材料按使用目的可分為兩類:

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料103

功能復(fù)合材料是指除機械性能以外而提供其他物理性能的復(fù)合材料，如導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、吸聲、摩擦、吸波、屏蔽、阻燃、防熱、隔熱等功能復(fù)合材料。104功能復(fù)合材料主要由功能體和基體組成，或由兩種(或兩種以上)功能體組成。功能復(fù)合材料作為一種新材料，有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域與誘人的發(fā)展前景。105在單一功能體的復(fù)合材料中，其功能性質(zhì)雖然由功能體提供，但基體不僅起到粘結(jié)和賦形作用，同時也會對復(fù)合材料整體的物理性能有影響。106

多元功能體的復(fù)合材料可以具有多種功能，同時還有可能由于產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)而出現(xiàn)新的功能。因此，多功能復(fù)合材料成為功能復(fù)合材料的發(fā)展方向。1071、功能復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)材料在復(fù)合后所得的復(fù)合材料，就其產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)的特征，可分為兩大類：一類復(fù)合效應(yīng)為線性效應(yīng)；另一類則為非線性效應(yīng)。在這兩類復(fù)合效應(yīng)中，又可以顯示出不同的特征。108平均效應(yīng)相乘效應(yīng)平行效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)相補效應(yīng)共振效應(yīng)相抵效應(yīng)系統(tǒng)效應(yīng)線性效應(yīng)非線性效應(yīng)復(fù)合效應(yīng)不同復(fù)合效應(yīng)的類別下表列出了不同復(fù)合效應(yīng)的類別。109平均效應(yīng)

是復(fù)合材料所顯示的最典型的一種復(fù)合效應(yīng)。它可以表示為：式中，Ｐ為材料性能，Ｖ為材料體積含量，角標(biāo)c、m、f分別表示復(fù)合材料、基體和增強體（或功能體）。110

復(fù)合材料的某些功能性質(zhì)，例如電導(dǎo)、熱導(dǎo)、密度和彈性模量等服從平均效應(yīng)這一規(guī)律。例如，復(fù)合材料的彈性模量，若用混合率來表示，則為111平行效應(yīng)

顯示這一效應(yīng)的復(fù)合材料，其組成復(fù)合材料的各組分材料在復(fù)合材料中，均保留本身的作用，既無制約，也無補償。112對于增強體（如纖維）與基體界面結(jié)合很弱的復(fù)合材料，所顯示的復(fù)合效應(yīng)，可以看作是平行效應(yīng)。113相補效應(yīng)組成復(fù)合材料的基體與增強體，在性能上能相互補充，從而提高了綜合性能，則顯示出相補效應(yīng)。114對于脆性的高強度纖維增強體與韌性基體復(fù)合時，兩相間若能得到適宜的結(jié)合而形成的復(fù)合材料，其性能顯示為增強體與基體的互補。115相抵效應(yīng)

基體與增強體組成復(fù)合材料時，若組分間性能相互制約，限制了整體性能提高，則復(fù)合后顯示出相抵效應(yīng)。116例如，脆性的纖維增強體與韌性基體組成的復(fù)合材料，當(dāng)兩者界面結(jié)合很強時，復(fù)合材料整體顯示為脆性斷裂。117在玻璃纖維增強塑料中，當(dāng)玻璃纖維表面選用適宜的硅烷偶聯(lián)劑處理后，與樹脂基體組成的復(fù)合材料，由于強化了界面的結(jié)合，故致使材料的拉伸強度比未處理纖維組成的復(fù)合材料可高出30--40%，而且濕態(tài)強度保留率也明顯提高。118但是，正如普羅德曼所指出的，這種強結(jié)合的界面同時卻導(dǎo)致了復(fù)合材料沖擊性能的降低。因此，在金屬基、陶瓷基增強復(fù)合材料中，過強的界面結(jié)合不一定是最適宜的。119

相補效應(yīng)和相抵效應(yīng)常常是共同存在的。顯然，相補效應(yīng)是希望得到的，而相抵效應(yīng)要盡量能夠避免。這可通過相應(yīng)復(fù)合材料的設(shè)計來加以實現(xiàn)。120相乘效應(yīng)兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合在一起，即可發(fā)生相乘效應(yīng)。例如，把具有電磁效應(yīng)的材料與具有磁光效應(yīng)的材料復(fù)合時，將可能產(chǎn)生具有電光效應(yīng)的復(fù)合材料。121因此，通?？梢詫⒁环N具有兩種性能相互轉(zhuǎn)換的功能材料X/Y和另一種換能材料Y/Z復(fù)合起來，可用下列通式來表示，即：式中，Ｘ、Ｙ、Ｚ分別表示各種物理性能。上式符合乘積表達式，所以稱之為相乘效應(yīng)。122復(fù)合材料的乘積效應(yīng)Ａ相性質(zhì)Ｘ／ＹＢ相性質(zhì)Ｙ／Ｚ復(fù)合后的乘積性質(zhì)（Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／Ｚ壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓電效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)光導(dǎo)效應(yīng)閃爍效應(yīng)熱致變形效應(yīng)磁阻效應(yīng)磁電效應(yīng)場致發(fā)光效應(yīng)壓阻效應(yīng)電致效應(yīng)光導(dǎo)效應(yīng)壓敏電阻效應(yīng)壓敏電阻效應(yīng)壓電效應(yīng)壓力發(fā)光效應(yīng)磁阻效應(yīng)光致伸縮輻射誘導(dǎo)導(dǎo)電熱敏電阻效應(yīng)

相乘效應(yīng)的組合可以非常廣泛，已被用于設(shè)計功能復(fù)合材料。常用的物理乘積效應(yīng)見下表所示：123誘導(dǎo)效應(yīng)

在一定條件下，復(fù)合材料中的一個組分材料可以通過誘導(dǎo)作用使另一個組分材料的結(jié)構(gòu)改變，從而改變整體性能或產(chǎn)生新效應(yīng)。這種誘導(dǎo)行為已在很多實驗中發(fā)現(xiàn)，同時也在復(fù)合材料界面的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)。124例如，結(jié)晶的纖維增強體對非晶基體的誘導(dǎo)結(jié)晶或晶形基體的晶形取向產(chǎn)生作用。在碳纖維增強尼龍或聚丙烯中，由于碳纖維表面對基體的誘導(dǎo)作用，致使界面上的結(jié)晶狀態(tài)與數(shù)量發(fā)生了改變，如出現(xiàn)橫向穿晶等，這種效應(yīng)對尼龍或聚丙烯起著特殊的作用。125共振效應(yīng)兩個相鄰的材料在一定條件下，會產(chǎn)生機械的或電、磁的共振。由不同材料組成的復(fù)合材料，其固有頻率不同于原組分的固有頻率，當(dāng)復(fù)合材料中某一部位的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，復(fù)合材料的固有頻率也會發(fā)生改變。126利用共振效應(yīng)，可以根據(jù)外來的工作頻率，改變復(fù)合材料固有頻率而避免材料在工作時引起的破壞。對于吸波材料，同樣可以根據(jù)外來波長的頻率特征，調(diào)整復(fù)合頻率，達到吸收外來波的目的。127系統(tǒng)效應(yīng)這是材料的一種復(fù)雜效應(yīng)，至目前為止，這一效應(yīng)的機理尚不很清楚，但在實際現(xiàn)象中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)的存在。128例如，交替疊層鍍膜的硬度大于原來各單一鍍膜的硬度和按線性混合率估算值，說明組成了復(fù)合系統(tǒng)才能出現(xiàn)的現(xiàn)象。129

平均效應(yīng)、相乘效應(yīng)、平行效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、相補效應(yīng)、共振效應(yīng)、相抵效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)等各種復(fù)合效應(yīng)，都是復(fù)合材料科學(xué)所研究的對象和重要內(nèi)容，這也是開拓新型復(fù)合材料，特別是功能型復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論問題。1302、功能復(fù)合材料的設(shè)計復(fù)合材料的最大特點在于它的可設(shè)計性。因此，在給定的性能要求、使用環(huán)境及經(jīng)濟條件限制的前提下，從材料的選擇途徑和工藝結(jié)構(gòu)途徑上進行設(shè)計。131例如，利用線性效應(yīng)的混合法則，通過合理鋪設(shè)可以設(shè)計出某一溫度區(qū)間膨脹系數(shù)為零或接近于零的構(gòu)件。又如XY平面是壓電，XZ平面呈電致發(fā)光性，通過鋪層設(shè)計可以得到Y(jié)Z平面壓致發(fā)光的復(fù)合材料。132另外，模仿生物體中的纖維和基體的合理分布，通過數(shù)據(jù)庫和計算機輔助設(shè)計可望設(shè)計出性能優(yōu)良的仿生功能材料。1332.1磁性復(fù)合材料磁性復(fù)合材料(Magneticcompositematerials)是以高聚物或軟金屬為基體與磁性材料復(fù)合而成的一類材料。134由于磁性材料有軟磁和硬磁之分，因此也有相應(yīng)的兩類復(fù)合材料。此外，強磁性(鐵磁性和亞鐵磁性)細(xì)微顆粒涂覆在高聚物材料帶上或金屬盤上形成磁帶或磁盤用于磁記錄，也是一類非常重要的磁性復(fù)合材料，又如與液體混合形成磁流體等。135

2.1.1永磁復(fù)合材料

典型的永磁材料包括永磁鐵氧體、鋁鎳鈷以及稀土永磁材料。136一般情況下，永磁材料的密度較高，脆而硬，不易加工成復(fù)雜的形狀。但是，制成高聚物基或軟金屬基復(fù)合材料后，上述難加工的缺點可得到克服。137

永磁復(fù)合材料的功能組元是磁性粉末，高聚物和軟金屬起到粘結(jié)劑的作用。其中，高聚物使用較為普遍，常用的有環(huán)氧樹脂、尼龍和橡膠等材料。138

永磁復(fù)合材料的制造方法常采用模壓、注塑、擠壓等工藝技術(shù)。對于軟金屬粘結(jié)工藝來說，由于它較為復(fù)雜，因此除磁體要求在較高溫度下(＞200℃)使用外，很少采用這種金屬基復(fù)合磁體。139很顯然，與高密度的金屬磁體或陶瓷磁體(鐵氧體)相比，復(fù)合磁體的優(yōu)良加工性能是以犧牲一部分磁性能為代價的。140

非磁性基體及非磁性相的比例直接影響到材料的飽和磁化強度及剩余磁化強度，它可用下述關(guān)系式來表達：141

其中，Mr為復(fù)合磁體的剩余磁化強度；Ms為磁性組元的飽和磁化強度；為復(fù)合磁體密度；

o為磁性組元的理論密度；為復(fù)合物中的非磁性相的體積分?jǐn)?shù)；f為鐵磁性相在外磁場方向的取向度。142由于復(fù)合永磁材料的易成形和良好加工性能，因此常用來制作薄壁的微型電機使用的環(huán)狀定子，例如計算機主軸電機，鐘表步進電機等。143復(fù)合永磁材料的良好成型性，使其適用于制作體積小、形狀復(fù)雜的永磁體。如汽車儀表用磁體，磁推軸承及各類蜂鳴器等。144

復(fù)合永磁材料的功能體可看作是各類磁體粉末（如鐵氧體、鋁鎳鈷、Sm--Co、Nd--Fe--B等）制成的粘結(jié)磁體。也可以選用兩種或兩種以上的不同磁粉與高分子材料復(fù)合，以便得到更寬范圍的實用性能。145

2.1.2軟磁復(fù)合材料

電器原件的小型化，導(dǎo)致磁路中追求更高的驅(qū)動頻率，為此應(yīng)用的軟磁材料，除在靜態(tài)磁場下經(jīng)常要求的高飽和磁化強度和高磁導(dǎo)率外，還要求它們具有低的交流損耗PL。146通常較大尺寸的金屬軟磁材料，其相對磁導(dǎo)率

r隨驅(qū)動頻率的增大而急速下降，如下圖所示：147Fe--Si---Al粉末顆粒復(fù)合體相對磁導(dǎo)率隨驅(qū)動頻率的變化148如果把軟磁材料（例如Fe--Si--A1合金）制成粉末，表面被極薄的A12O3層或高聚物分隔絕緣，然后熱壓或模壓固化成塊狀軟磁體，由圖A、B、D曲線看出，它的r值在相當(dāng)寬的驅(qū)動頻率范圍內(nèi)不隨交變場頻率的升高而下降，從而保持在一個較平穩(wěn)的恒定值。149

這種復(fù)合軟磁材料的相對磁導(dǎo)率r值可由下式描述:式中d、c和分別表示金屬粒子尺寸、塊狀金屬相的磁導(dǎo)率和包覆層厚度。150顯然，選擇合適的金屬粒子尺寸和包覆層厚度即可獲得所需的r值，這對電感器和軛源圈的設(shè)計是十分重要的。151

由于絕緣物質(zhì)的包覆，這類材料的電阻率比其母體合金高得多(高1011倍)，因此在交變磁場下具有低的磁損耗PL。下圖顯示了在1MHz高頻下，復(fù)合材料磁損耗與粉末顆粒尺寸D的關(guān)系。152磁損耗PL/kW.m-3磁粉粒度/um磁損耗與軟滋粉粒度的關(guān)系

從圖中可看出，粉末尺寸越小，損耗越低。因此，可以通過調(diào)整磁性粉末顆粒的尺寸來調(diào)節(jié)損耗ＰL值。153

2.1.3磁性記錄與讀出

記錄聲音和圖像，然后將其讀出(再生)的過程，如下圖所示。154音光電氣信號磁性信號作為磁性保留磁頭記錄材料磁記錄再生的原理示意圖155由麥克風(fēng)及攝像機將聲音及光變成電信號，再由磁頭變成磁信號，從而固定在磁記錄介質(zhì)上。

讀出時，與記錄過程相反，使聲音和圖像再生。156理想的磁記錄介質(zhì)要盡可能地高密度，能長期保存記錄，再生時盡可能高輸出。在考慮能夠?qū)崿F(xiàn)高密度、長期保存、高輸出時，大致有兩方面的考慮，一是磁性材料的種類，二是以磁性層為中心的疊層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。1572.2磁性材料

作為記錄介質(zhì)的強磁性材料，主要性能指標(biāo)是矯頑力Hc和剩余磁化強度Mr的大小。這兩個性能指標(biāo)不僅受磁性材料種類的影啊，也受顆粒的大小和形狀的影響。158

下表列出了目前使用的磁記錄介質(zhì)材料的磁特性，表中的排列是按發(fā)展的順序排列的。不難看出，每一次材料的重大改進都使介質(zhì)材料的磁性產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍，與此同時，也使磁記錄密度獲得一次大的提高。磁性材料Mr/THc/A.m-1-Fe2O3(1400~1800)*10-4(15.92~31.83)*103Co--Fe2O3(1400~1800)*10-4(47.75~71.62)*103金屬Fe(2300~2900)*10-4(111.41~127.33)*103Co-Ni合金(11000~12000)*10-4(55.71~59.69)*103各種磁性粉末的特性1592.3

疊層結(jié)構(gòu)對磁帶性能的影在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，為了進一步提高記錄密度，就應(yīng)考慮在疊層結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。160一般對于粉狀磁性材料，先制造以適當(dāng)高分子為粘結(jié)劑的涂料，然后把該涂料用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行涂敷、干燥，制造出如下圖所示的一種層壓薄片，這就是記錄磁帶。顯然，它屬于疊層型的功能復(fù)合材料。161磁粉粘結(jié)劑添加劑磁層下涂層背涂層基膜記錄磁帶的結(jié)構(gòu)162到目前為止，為提高涂敷型磁帶的性能采取了下面一些措施：(1)提高磁性層中磁性材料的填充率；(2)盡可能縮小磁性材料的顆粒；(3)縮小磁頭與磁帶間的空隙，防止磁損失。163上面這些都是能夠提高磁帶記錄密度的措施。但是，這些改進都是有限度的，超過一定極限值會導(dǎo)致一些負(fù)面作用出現(xiàn)。因此，為了進一步改善記錄密度，就需要有新的疊層構(gòu)思和技術(shù)，即要創(chuàng)造出以復(fù)合技術(shù)為中心的新功能。164目前，研究者對此進行兩種嘗試。一、嘗試把現(xiàn)在單一的磁性層變成雙磁性層。二、不是用涂敷磁性粉末和粘結(jié)劑混合成的涂料的方法來制造磁性層，而是依靠真空鍍敷Co/Ni合金薄膜的方法，來制造磁帶。165把單一磁性層變成雙磁性層的嘗試是采用上層使用高嬌頑力的微顆粒金屬磁性材料，厚度為0.4um，下層使用低矯頑力的鈷改性的氧化鐵磁性材料，厚度為2.5um。這樣，上層能夠高效率地記錄，再生用高頻和較強磁場記錄的亮度信號。166另一方面，因為色調(diào)信號和聲音信號是低頻，在磁性層深部才變?nèi)?。所以適當(dāng)?shù)卮钆渖蠈优c下層的厚度及矯頑力可得到比只使用一種磁性材料的磁性層更高的輸出功率。這樣，不同波長都提高了輸出功率，可獲得更清晰的圖像和聲音。然而這種雙層結(jié)構(gòu)給涂敷技術(shù)提出更高的要求，不是常規(guī)涂敷方法能實現(xiàn)的。167

Co-Ni合金薄膜磁帶是基于將來需記錄信號的波長可能向短波長方向發(fā)展的角度出發(fā)而設(shè)計和構(gòu)思的。

短波長的磁場由于波及的深度淺，考慮到厚度損失的問題，那么0.2um程度的超薄膜是最理想的。要制造這樣的超薄膜，真空蒸鍍法是適合的。168此外，磁性材料具有較好的性能，本身就可以提高記錄密度。各種磁性粉末的特性如下表所示磁性材料Mr/THc/A.m-1-Fe2O3(1400~1800)*10-4(15.92~31.83)*103Co--Fe2O3(1400~1800)*10-4(47.75~71.62)*103金屬Fe(2300~2900)*10-4(111.41~127.33)*103Co-Ni合金(11000~12000)*10-4(55.71~59.69)*103169由表中可見，剩磁最大的是Co-Ni合金，如果鍍成薄膜，磁性材料的填充率幾乎接近100％。無論是剩磁大，還是填充率大都對提高輸出功率有好處。磁性材料Mr/THc/A.m-1-Fe2O3(1400~1800)*10-4(15.92~31.83)*103Co--Fe2O3(1400~1800)*10-4(47.75~71.62)*103金屬Fe(2300~2900)*10-4(111.41~127.33)*103Co-Ni合金(11000~12000)*10-4(55.71~59.69)*1031702.4磁流體

磁流體是強磁性(鐵磁性和亞鐵磁性)細(xì)微顆粒與一種液體均勻混合而成的膠狀液體。它既具有強磁性材料的多種磁特性，又具有液體的特性。171

磁性液體由強磁性單疇顆粒(磁粉)、基質(zhì)液體(基液)和分散劑(表面活性劑)組成。172為了防止磁粉沉淀和凝聚，使磁性液體穩(wěn)定，必須選擇適當(dāng)?shù)拇欧哿?、分散劑物性參量和用量以及基液物性參量，使磁粉磁偶極矩間作用力和熱作用力的綜合效應(yīng)產(chǎn)生勢壘，以利于磁性液體穩(wěn)定。173組成中的磁粉采用金屬或非金屬強磁材料，通過化學(xué)沉淀法、熱分解法、機械研磨法、電解等方法制成，粒徑約1~100nm的單疇顆粒。174

基質(zhì)液體的種類很多，常根據(jù)用途選用。目前多采用非金屬基液，主要有以下六種。175(1)水

一種常用和經(jīng)濟的基液，可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)pH值；但容易蒸發(fā)，適于制備在選礦和磁印刷等方面應(yīng)用的磁性液體。176(2)酯類和二酯類

蒸氣壓低，粘滯性適當(dāng)，潤滑性好，適于制備在真空密封和阻尼系統(tǒng)中應(yīng)用的磁性液體。177(3)烴類

粘度較低，電阻率和介電常數(shù)較高，適于制備在要求電絕緣好、粘滯性低的情況下應(yīng)用的磁性液體。178(4)氯碳類適用溫度范圍寬，對氯氣等穩(wěn)定性高，不溶于其他液體，適于制備在溫度變化大和有氯氣的惡劣條件下應(yīng)用的磁性液體。179(5)聚苯醚類

蒸氣壓低，抗輻射性好，適于制備在高真空或輻照環(huán)境中應(yīng)用的磁性液體。180(6)水銀和低熔點金屬合金

導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性高，適于制備在需要高傳熱或?qū)щ姷那闆r下應(yīng)用的磁性液體。181

分散劑使磁粉表面吸附一層長鏈分子，構(gòu)成緩沖層，并使磁粉在磁場和電場作用下不會凝聚。182因此，要求分散劑的分子鏈一端吸附在磁粉表面，另一端與基液膠溶吸附；另外，還要求分子鏈有一定鏈長，以獲得有效的防凝聚作用。183

分散劑主要有陰離子分散劑、陽離子分散劑、兩性分散劑和中性(非離子)分散劑。分散劑用量一般約為磁粉重量的5％～10％。1842.4.1磁流體的種類根據(jù)組成、特性和應(yīng)用要求，磁性液體可分為三類。

(1)非金屬磁(粉)性液體：(2)金屬磁(粉)性液體(3)純金屬磁性液體185

(1)非金屬磁(粉)性液體以非金屬磁粉(目前主要為Fe3O4磁粉)與非金屬基液均勻混合成的膠狀液體，是目前應(yīng)用最多的一類。186

(2)金屬磁(粉)性液體以鐵(Fe)、鈷(Co)或其合金磁粉與非金屬基液均勻混合成的膠狀液體，其磁化強度高，磁性強。目前尚處干研究階段。187(3)純金屬磁性液體以金屬磁粉和金屬基液均勾混合成的膠狀液體。其磁性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好，適于制造一些特殊裝置如磁流體發(fā)電機。目前多處于研究階段，應(yīng)用較少。1882.4.2

磁流體的特性和應(yīng)用

磁性液體與固態(tài)磁性材料相比具有以下四個方面的特點:189

(1)高度的穩(wěn)定性。能長期保持均勻狀態(tài)，在磁場和重力場中不會發(fā)生凝聚和成團現(xiàn)象。(2)可控的粘滯性。可由外加磁場控制其粘度，并使粘度對磁場表現(xiàn)各向異性。190(3)典型的超順磁性。無磁滯回線現(xiàn)象，即剩磁和矯頑力都為零；(4)可調(diào)節(jié)的磁浮力。即可用外加磁場改變磁性液體的表觀密度和浮力。191由于磁性液體兼有強磁性和液態(tài)性質(zhì)，因而在電子、電機、儀表、石油化工和科學(xué)研究中得到應(yīng)用。192如用于運動部件的阻尼、潤滑和密封，不同密度物體的分選和分離，失重狀態(tài)下用的磁性燃料和磁性筆，磁控印刷，磁控染色，由磁性液體作為工作物質(zhì)的陀螺、聲換能器、磁流體電機和磁芯等。1933、電性復(fù)合材料作為復(fù)合材料的電導(dǎo)率沒有明確的數(shù)值來劃分導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。194

兩種或兩種以上的金屬形成的復(fù)合材料顯然是導(dǎo)體；相反，兩種或兩種以上的絕緣體形成的復(fù)合材料電導(dǎo)率不會很高。195但是，復(fù)合材料中如果含有導(dǎo)電和絕緣兩種材料，那么它的電導(dǎo)率或是極端或是一些中間值，這取決于導(dǎo)體和絕緣體的相對含量、幾何分布和組元本身特性。1963.1金屬填充材料的導(dǎo)電特性將金屬顆?；烊敫叻肿泳酆衔?，高分子聚合物的電阻率就會發(fā)生變化，然而這個變化并非依據(jù)加和法則，而是當(dāng)金屬填料濃度達到一臨界體積c時，金屬填充聚合物發(fā)生一個如下圖所示的突然轉(zhuǎn)換，由絕緣體變成導(dǎo)電體。197苯乙烯—丙烯腈共聚物中Al粉和Fe粉的體積分?jǐn)?shù)和電阻率的關(guān)系電阻率對數(shù)/.cm金屬的體積分?jǐn)?shù)AlFe198這一臨界填料量稱之為復(fù)合材料的“導(dǎo)電門檻”值。

臨界濃度值與金屬填充顆粒的尺寸、分布、形狀以及制造工藝有很大關(guān)系。例如寬粒分布的鋁粉末的臨界體積分?jǐn)?shù)為0.4，而窄顆粒分布的粉末臨界體積分?jǐn)?shù)為0.2。199很多研究讓明，一些絕緣性復(fù)合材料當(dāng)承受電壓達到臨界值時，會變成高導(dǎo)電性材料。如果沒有大的電流通過，則消除電壓后樣品仍保持較低的電阻率，爾后再恢復(fù)到樣品的絕緣狀態(tài)。200復(fù)合材料電導(dǎo)率不僅與金屬填加物體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，與溫度也有密切關(guān)系，從而顯現(xiàn)出正溫度效應(yīng)和負(fù)溫度效應(yīng)。201在一溫度范圍內(nèi)，復(fù)合材料的電阻隨著溫度的升高而升高(正溫度效應(yīng))。當(dāng)超過某一溫度時，其電阻值又隨溫度的升高而下降(負(fù)溫度效應(yīng))。202

由于電阻的正溫度效應(yīng)、負(fù)溫度效應(yīng)的存在，使復(fù)合材料成為一種開關(guān)材料。因此，可用于制備各種電子開關(guān)器件。2033.2電磁屏蔽復(fù)合材料解決電磁干擾、射頻干擾和信息防竊的復(fù)合材料稱為電磁屏蔽復(fù)合材料。204由于電磁波吸收率依賴于材料的電導(dǎo)率，因此，利用具有一定導(dǎo)電性的復(fù)合材料可滿足電磁屏蔽的需要。205以高分子材料為基體，填充導(dǎo)電材料可構(gòu)成適合用于電磁屏蔽的復(fù)合材料。由于電磁屏蔽的復(fù)合材料具有性能好、成本低、成型工藝簡單的優(yōu)點，因此成為國際上電子材料研究的熱點。206電磁屏蔽復(fù)合材料有兩種類型。(1)填充導(dǎo)電體的形式；其中，填料形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是提供屏蔽功能的基本要素。207這種電磁屏蔽復(fù)合材料通常由絕緣性良好的熱塑性高分子(如AB5、PC、PP、PE、PVC、PBT、PA及它們的改性和共混的樹脂)和導(dǎo)電性填料(如炭黑、鋁片粉、金屬纖維及表面金屬化的有機和無機纖維)及其他填加物復(fù)合而成，其屏蔽效果為40～60dB。208鋁片在聚合物中體積分?jǐn)?shù)與屏蔽效率關(guān)系體積分?jǐn)?shù)屏蔽效率/dB

屏蔽效果與導(dǎo)電體填充量，導(dǎo)電纖維長徑比有關(guān)，由圖中可看出，合適的填料體積分?jǐn)?shù)可獲得好的屏蔽效率，很多研究發(fā)現(xiàn)在臨界濃度值附近有最好的屏蔽效果。209鋁纖維帶的體積分?jǐn)?shù)、長徑比與屏蔽效率的關(guān)系體積分?jǐn)?shù)屏蔽效率/dB圖中表明填充料的長徑比與屏蔽效果也有密切關(guān)系，填料長徑比越大，屏蔽性也越大，從另一角度看，長徑比也影響著最佳體積填充量。通常長徑比越大，最佳體積填充分?jǐn)?shù)越低。210

電磁屏蔽材料多用于電子設(shè)備的屏蔽，由于近代電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸多采用電視顯示方式，如計算機終端顯示器、監(jiān)視器、儀表的圖顯和數(shù)顯，都要求既透明，又能阻隔電磁波的材料。從這個角度上看，復(fù)合材料中最佳體積填充分?jǐn)?shù)為較低數(shù)值是理想的。211(2)用金屬絲與無機或有機纖維的混紡紗制成織物可作電磁波反射體。這種反射型復(fù)合材料主要用于無線通信天線的電磁波反射裝置，但也可作計算機、復(fù)印機、傳真機等電子設(shè)備的電磁波屏蔽板。2123.3復(fù)合材料壓電性能

壓電材料是指具有壓電效應(yīng)的材料，它廣泛應(yīng)用于換能器，實現(xiàn)機械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換。213

壓電材料可以分為下面五類：(1)單晶材料，如石英、磷酸等；(2)陶瓷材料，如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛等；(3)高分子聚合物，如聚氯乙烯等；(4)復(fù)合材料，如PZT/聚合物等；(5)玻璃陶瓷，如TiSrO3等。214

壓電復(fù)合材料是將壓電陶瓷相和聚合物相按一定連通方式，一定的體積/重量，及一定的空間分布制作而成，它可以成倍地提高材料的壓電性能。215以PZT/聚合物為例，其dhgb值提高l~3倍(dh為壓電體的電荷系數(shù)；gb為壓電體的電壓系數(shù))。此外，復(fù)合材料使加工性能，以及與水的匹配性也大為改善。216為了從本質(zhì)上極大地提高材料的壓電性能，將二元復(fù)合材料進一步復(fù)合向三元或更多元方向發(fā)展，可望獲得更為優(yōu)異的壓電復(fù)合材料。217例如：鋯鈦酸鉛(PZT)和聚合物(P)，即PZT／P；鈦酸鉛(PT)和聚合物(P)，即PT／P；兩大二元系復(fù)合材料的再復(fù)合。218這兩大復(fù)合材料各有優(yōu)缺點：其中，PZT／P中的PZT壓電活性大，但其各向異性較??；

PT／P中PT的壓電活性小，但其各向異性大。219當(dāng)實現(xiàn)三相復(fù)合，即PZT＋PT／P，勢必會體現(xiàn)出兩相系統(tǒng)所沒有的性能，這一方向是目前復(fù)合壓電材料的發(fā)展方向。220下面的關(guān)系圖說明了這一方向的發(fā)展壓電復(fù)合材科的發(fā)展PZTPPTPZT/PPT/PPZT+P/P2213.4超導(dǎo)復(fù)合材料

超導(dǎo)材料被譽為第三代電子技術(shù)的核心，它在導(dǎo)彈與航天器跟蹤、制導(dǎo)、通信與防御以及激光武器電源上都具有廣泛的應(yīng)用潛力，可用于高性能高速計算機，遠紅外探測器，光通信，(遠)紅外成像以及磁懸浮列車等。222然而，高臨界轉(zhuǎn)變溫度的氧化物超導(dǎo)材料脆性大，雖有一定抵抗壓縮變形的能力，但其拉伸性能極差，成型性不好，使得超導(dǎo)體大規(guī)模實用受到了限制。223用碳纖維增強錫基復(fù)合材料通過擴散粘結(jié)法(成型壓力為4MPa，150~170℃，保溫15min)將YBa2Cu3O7超導(dǎo)體包覆于其中，從而獲得良好的力學(xué)性能、電性能和熱性能的復(fù)合材料。224試驗發(fā)現(xiàn)，隨著碳纖維體積含量增加，碳纖維／錫釔氧鋇銅復(fù)合材料的拉伸強度隨著不斷提高。由于碳纖維基本承擔(dān)了全部的拉伸載荷，所以在斷裂點之前，碳纖維／錫材料包覆的超導(dǎo)體一直都保持超導(dǎo)性能。

銅基復(fù)合材料也常用于超導(dǎo)復(fù)合材料的包覆材料。2254、隱身復(fù)合材料由于探測技術(shù)的飛速發(fā)展和多種探測器的綜合使用，使得隱身材料也必須朝著多功能化、寬頻帶方向發(fā)展。原來的金屬、陶瓷、半導(dǎo)體、高分子隱身材料很難適應(yīng)這一要求，因此復(fù)合隱身材料的發(fā)展就顯得格外重要。226

隱身材料的基本原理(1)降低目標(biāo)自身發(fā)出的或反射外來的信號強度；(2)減小目標(biāo)與環(huán)境的信號反差，使其低于探測器的門檻值；(3)使目標(biāo)與環(huán)境反差規(guī)律混亂，造成目標(biāo)幾何形狀識別上的困難。227

隱身材料按照電磁波吸收劑的使用，可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型兩類，它們都是以樹脂為基體的復(fù)合材料。228涂料型復(fù)合材料能使被涂目標(biāo)與它所處背景有盡可能接近的反射、透過、吸收電磁波和聲波特性的一類無機涂層，又稱為偽裝層。229隱身涂層種類很多，有防紫外偵察隱身涂層、防紅外偵察隱身涂層，以及防可見光、防激光、防雷達等偵察隱身涂層，還有吸聲涂層等。230

隱身涂層多采用涂料涂覆工藝。

涂料由粘結(jié)劑、填料、改性劑和稀釋劑等組成。231粘結(jié)劑可以是有機樹脂，也可以是無機膠粘劑。

填料是調(diào)節(jié)涂層與電磁波、聲波相互作用特性的關(guān)鍵性粉末狀原料。232金屬、半導(dǎo)體、陶瓷等不同類型的粉末可以作為填料使用，由于它們在能帶結(jié)構(gòu)上的差別，可針對不同的探測裝置進行隱身。由于探測技術(shù)不斷提高，隱身涂層也向具有多功能的多層涂層及多層復(fù)合膜方向發(fā)展。233結(jié)構(gòu)型隱身復(fù)合材料由于涂料型隱身材料存在重量、厚度、粘接力等問題，在使用范圍上受到了一定限制；因此兼具隱身和承載雙重功能的結(jié)構(gòu)型隱身材料應(yīng)運而生。234

電磁波在材料中傳播的衰減特性是復(fù)合材料吸波的關(guān)鍵。實際上振幅不同的波來往傳播，包括折射和散射。最后使射入復(fù)合材料的電磁波能得到衰減，達到吸收的目的。235

此外，在設(shè)計中，使復(fù)合材料表面介質(zhì)的特性盡量接近空氣的特性，就會使表面反射小，從而達到隱身作用。236作為兼具隱身和承載雙重功能的材料的設(shè)計，主要有混雜型和蜂窩形復(fù)合材料兩大類。所謂混雜型是基體為高聚物，增強體是不同類型纖維材料。237例如，選擇酚醛材脂為基體，選擇碳纖維、玻璃纖維、芳綸等為增強體，選擇合適的混雜結(jié)構(gòu)參數(shù)，界面盡量增多，這種復(fù)合材料不僅有較好的承載功能，同時也只有良好的吸收雷達波的性能。238

蜂窩結(jié)構(gòu)型隱身復(fù)合材料是一種外形上類似于泡沫塑料的纖維增強型材料，對電磁波有極好的吸收效果。如采用多層結(jié)構(gòu)，頻率為8～12GHz時，吸收性能達到15dB。239５、其他功能復(fù)合材料如前面所說復(fù)合功能材料是較年輕的材料，但發(fā)展速度很快，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越來越廣泛、雖然目前從數(shù)量上尚低于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，但不久會超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材料．成為復(fù)合材料的主導(dǎo)，本節(jié)介紹幾個逐步發(fā)展起來，且有廣闊前景的領(lǐng)域。2406.1抗x射線輻射復(fù)臺材料用于抵抗x射線輻射造成對材料結(jié)構(gòu)的破壞效應(yīng)的一類復(fù)合材料。材料的吸收系數(shù)是衡量光子和材料作用的能力。它取決于光子能量及材料所含元素的性質(zhì)。一般講元素的原子序數(shù)越大，吸收系數(shù)越大。X射線照射到材料上，則光子與材料的原子發(fā)生作用，x射線在物質(zhì)中通過時，被物質(zhì)吸收變成物質(zhì)的內(nèi)能．即X射線能量在物質(zhì)中沉積。同時，x射線能流密度大，釋放的時間極短，使材料的比內(nèi)能急聚增加而升高溫度，并且在材料表面處形成很高的壓力。241結(jié)果在材料表面形成一個峰值極高，持續(xù)時間極短的壓力脈沖—熱擊波，使材料產(chǎn)生”層裂”效應(yīng)，同時產(chǎn)生瞬時過載．結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，乃至破壞。為了防止x射線的破壞作用．曾提出一種物理模型。它由迎光層、屏蔽層、衰減層、過渡層四層結(jié)構(gòu)組成。衰減層采用泡沫塑料。其他層分別采用碳—酚醛、高硅氧—酚醛等復(fù)合材料。利用密度小、質(zhì)量輕的硅酸鹽類多孔復(fù)合材料．既可防止大能量的X射線輻照，同時也是解決能量沉積行為的極好材料。2426.2仿生復(fù)合材料關(guān)于天然生物材料近代仿生分析始于20世紀(jì)70年代初期。80年代后期出現(xiàn)復(fù)合材料“仿生設(shè)計”的提法。直至90年代初期才逐步出現(xiàn)參照生物材料的規(guī)律設(shè)計并制造的人工復(fù)合材料。243天然生物材料經(jīng)過億萬年的演變進化，形成效能奇妙多彩的功能原理和作用機制。天然生物材料也大都是復(fù)合材料。仿生復(fù)合材料就是向天然生物材料尋找啟迪和模擬制造的。仿生復(fù)合生物材料設(shè)計思想來自于對生物材料從材料科學(xué)的觀點進行觀察、測試、分析、計算、歸納和抽象，再經(jīng)研制找出合適的復(fù)合材料。

244復(fù)合材料的仿生可以用以下三仲途徑。(1)增強組元的形態(tài)仿生，主要用于生物纖維訪生。所有的纖維細(xì)胞幾乎都是空心的、多層的，而且往往是分叉的?？招捏w的韌性和抗彎強度均較高。據(jù)此用化學(xué)氣相