复合材料分类方法
复合 材料
复合材料及原材料简介一. 复合材料概论复合材料是指两种或两种以上的不同材料，用适当的方法复合成的一种新材料，其性能比单一材料性能优越。
一般来说，复合材料由基体和增强材料组成。
增强材料是复合材料的主要承力组分，特别是拉伸强度，弯曲强度和冲击强度等力学性能主要由增强材料承担；基体的作用是将增强材料黏合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，是增强材料的性能得到充分发挥，从而产生一种复合效应，使复合材料的性能大大优于单一材料的性能。
复合材料的性能主要取决于:1.基体的性能；2.增强材料的性能；3.基体与增强材料之间的界面性能。
复合材料的分类方法较多，常用的有以下三种，按基体类型有树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料等；按增强材料类型有玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料等；按用途不同有结构复合材料、功能复合材料等。
复合材料是由多种组分的材料组成，许多性能优于单一组分的材料，主要有如下的特性；轻质高强、可设计性好、电性能好、耐腐蚀性能好、热性能良好、工艺性能优良、长期耐热性。
与传统材料（如金属、木材、水泥等）相比，复合材料是一种新型材料，其具有许多优良性能，且其成本在不断的下降，成型工艺的机械化、自动化程度在不断的提高，因此，复合材料的应用领域日益广泛，主要应用在航空、航天方面，交通运输方面，化学工业方面，电气工业，建筑工业方面，机械工业方面，体育用品方面等。
在我们的工作中主要涉及到以高聚物为基体的复合材料，因此在以下的内容中将从基体和增强材料两个方面对聚合物基复合材料进行简单的介绍。
二. 复合材料基体作为复合材料基体的树脂主要可以分为热固性和热塑性两大类，在这里我们将重点介绍几种常用的热固性树脂基体，其中包括环氧树脂，不饱和聚酯树脂以及酚醛树脂。
2.1 环氧树脂环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类有机高分子化合物，一般它们的相对分子量都不高。
第十一章 复合材料
碳素（纤维， 粒料）
碳纤维增强 金属
增强陶瓷
陶瓷增玻 璃
增强水泥
碳纤维增强 碳复合材料
无
碳纤维增强 塑料
碳纤炭黑增 强橡胶
玻璃（纤维， 粒料） 木材 有 机 材 料
无
无
无
增强水泥
无
无
玻璃纤维增 强塑料 纤维板
玻璃纤维增 强橡胶 无
无
无
无
水泥木板 丝 增强水泥 无
无
无
高聚物纤维 橡胶胶粒
无 无
无 无
无 无
二、复合材料的性能特点
1、比强度和比模量高
比强度 材料的强度与其密度之比。
比模量 材料的模量与其密度之比。 材料的比强度或比模量越高，构件的自重就小，或者体积会 越小。通常，复合材料的复合结果是密度大大减小，高的比强 度和比模量是复合材料的突出性能特点。
气瓶
质 量 轻
玻璃钢充气船
小飞守角制作
头盔
玻璃纤维的特点是强度高，弹性模量低，密度小，比强度、 比模量高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、 吸声、绝缘等。缺点是脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。 由于价格便宜，制作方便，是目前应用最多的增强纤维。
(2)碳纤维 碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等)在200～300℃ 空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下， 在1000～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。其含碳量可达 85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ型 碳纤维。 如果将碳纤维在2000～3000℃高温的氩气中进行石墨化处理， 就可获得含碳量为98%以上的碳纤维。这种碳纤维中的石墨晶体的 层面有规则地沿纤维方向排列，具有高的弹性模量，又称石墨纤维 或高模量碳纤维，也称Ⅰ型碳纤维。
纺织结构复合材料分类
纺织结构复合材料分类纺织结构复合材料是一种由纤维素纤维和基体材料组成的复合材料。
纺织结构复合材料具有轻质、高强度、耐磨损、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
根据纺织结构的不同特点和用途，可以将纺织结构复合材料分为以下几类。
一、三维编织复合材料三维编织复合材料是一种由三维编织纤维构成的复合材料。
它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。
三维编织复合材料可以用于制造飞机零部件、汽车零部件以及建筑结构等。
该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。
在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。
二、二维织物复合材料二维织物复合材料是一种由二维织物和基体材料构成的复合材料。
它具有良好的柔韧性和可塑性，适用于制造需要弯曲和变形的零部件。
二维织物复合材料可以通过手工编织、机器编织或者预浸料等方法制备。
在制备过程中，需要考虑织物的纤维类型、纤维密度以及编织结构的优化，以提高复合材料的性能。
三、非编织纤维复合材料非编织纤维复合材料是一种由非编织纤维和基体材料构成的复合材料。
非编织纤维包括无纺布、纳米纤维以及纤维毡等。
这类复合材料具有较好的柔韧性和吸湿性，适用于制造衣物、过滤材料以及隔音材料等。
非编织纤维复合材料的制备过程相对简单，可以通过热压、湿压和自粘等方法制备。
四、三维编织纤维复合材料三维编织纤维复合材料是一种由三维编织纤维和基体材料构成的复合材料。
它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。
三维编织纤维复合材料适用于制造需要承受复杂载荷的零部件，如飞机机翼、汽车车身等。
该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。
在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。
纺织结构复合材料根据纺织结构的不同特点和用途，可以分为三维编织复合材料、二维织物复合材料、非编织纤维复合材料以及三维编织纤维复合材料等几类。
复合材料的分类方式
复合材料的分类方式复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的材料。
根据复合材料的不同特点和性质，可以将其分为以下几类：1. 纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composites）纤维增强复合材料是指将纤维材料与基体材料相结合形成的复合材料。
纤维可以分为无机纤维和有机纤维两类。
无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维等，有机纤维包括聚合物纤维等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
纤维增强复合材料具有高强度、高模量、轻质化等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
2. 颗粒增强复合材料（Particle Reinforced Composites）颗粒增强复合材料是指将颗粒状的强化材料分散在基体材料中形成的复合材料。
强化材料可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、碳纳米管等。
基体材料可以是金属、陶瓷或聚合物等。
颗粒增强复合材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性等特点，常用于制造耐磨零件、导热材料等。
3. 层合复合材料（Laminated Composites）层合复合材料是指将两个或两个以上的层材料按一定的顺序叠加在一起形成的复合材料。
不同层材料可以有不同的性质和功能，常见的有纤维增强塑料、金属层合板等。
层合复合材料具有高强度、高刚度、耐疲劳等特点，广泛应用于船舶、飞机、建筑等领域。
4. 混杂复合材料（Hybrid Composites）混杂复合材料是指将两种或两种以上不同类型的增强材料同时应用于复合材料中形成的复合材料。
根据增强材料的不同，混杂复合材料可以分为纤维/颗粒复合材料、纤维/纤维复合材料等。
混杂复合材料可以综合各种材料的优点，提高材料的性能和功能。
5. 矩阵增强复合材料（Matric Reinforced Composites）矩阵增强复合材料是指在基体材料中添加颗粒状或纤维状的增强材料，通过改变基体材料的组成和结构来实现复合材料的强化。
常见的矩阵增强复合材料有金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
复合材料的分类
二、复合材料的性能特点
1. 比强度和比模量高 纤维增加材料的比强度及比模量远高于 金属材料，特别是碳纤维－环氧树脂复合材 料比强度是钢的8倍，比模量是钢的4倍。 2. 抗疲劳和破断安全性好 纤维增强复合材料对缺口及应力集中的 敏感性小，纤维与基体界面能阻止疲劳裂纹 的扩展，改变裂纹扩展的方向。
3. 高温性能优良 大多数增强纤维在高温下仍保持高的强 度，如铝合金在400℃时弹性模量已降至近于 0，而碳纤维增强后，在此温度下强度和弹性 模量基本未变。 4. 减振性能好 复合材料的比模量大，故自振频率也高， 可避免构件在工作状态下产生共振。 纤维与基体界面有吸收振动能量的作用， 所以纤维增强复合材料具有很好的减振性能。
2. 碳纤维 将有机纤维（如粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、 沥青纤维等）在惰性气氛中经高温碳化而 制成wC>90%以上的纤维； 密度低、强度和模量高； 高、低温性能好（1500℃，-180℃）； 化学稳定性高，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、 苯、丙酮等；热胀系数小，热导率高，导 电性、自润滑性好； 缺点：脆性大，易氧化，与基体结合力差。
金属基复合材料非金属基复合材料铝基复合材料钛基复合材料铜基复合材料塑料基复合材料橡胶基复合材料陶瓷基复合材料纤维增强塑料玻璃钢纤维增强橡胶轮胎纤维增强陶瓷纤维增强金属金属陶瓷弥散强化金属纤维增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料双层金属复合材料三层复合材料复合材料二复合材料的性能特点纤维增加材料的比强度及比模量远高于金属材料特别是碳纤维环氧树脂复合材纤维增强复合材料对缺口及应力集中的敏感性小纤维与基体界面能阻止疲劳裂纹的扩展改变裂纹扩展的方向
应用
主要用于制作飞机机身、雷达天线罩、 火箭发动机外壳、快艇等。
复合材料在波音飞机上的应用
复合材料
的种类、配比、加工方法和纤维含量等进行设计，由于基体、增强体材料种 类很多，故其选材设计的自由度很大。
7、独特的成型工艺 复合材料可以整体成型，可以减少零部件紧固和接头数目，简化
结构设计，减轻结构重量。在中等批量生产的车型中，用树脂基复合 材料取代铝材可降低成本40%左右。
一、复合材料的组成及分类
复合材料=基体+增强体
基体是复合材料的主体，即自 身保持连续而包围增强相的材料。 起粘结作用，可以是金属、高分子 或陶瓷材料中的一种。
复合材料可以分为金属材料、高 分子材料和陶瓷材料中的任意两种 或几种制备而成。
二、复合材料的性能特点
1.高的比强度和比模量 复合材料最显著的特点是比强度和比模量高，对要求减轻自重和高速运转 的结构和零件是非常重要的，碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度是钢 的7倍，比模量是钢的4倍。
增强的复合材料的高温强度和弹性模量均较高。特别是金属基复合材 料，例如7075铝合金，在400℃时，弹性模量接近于零，强度值也从 室温时的500MPs降至30-50MPa。而碳纤维或硼纤维增强组成的复 合材料，在400℃时，强度和弹性模量可保持接近室温下的水平：碳 纤维增强的镍基合金也有类似的情况。
玻璃纤维增强塑料也称为玻璃钢。玻璃钢是汽车上应用最广的复合材料， 目前在轿车、吉普车以及卡车上使用的玻璃钢部件逐步增多。随着研究和开 发的不断深入，将更多地用玻璃钢替代金属材料，以达到节能的目的。
2.碳纤维增强塑料（CFRP）
碳纤维增强塑料是以树脂为基体材料， 常用树脂有环氧树脂、酚醛树脂和聚 四氟乙烯等。
这种复合材料具有质轻、强度高、导 热系数大、摩擦系数小、抗冲击性能 好、疲劳强度高等优点。
聚合物基复合材料的定义
聚合物基复合材料的定义一、什么是聚合物基复合材料？聚合物基复合材料是由聚合物基质中添加一定比例的增强材料而制成的复合材料。
聚合物基质可以是热固性聚合物、热塑性聚合物或弹性体等。
增强材料可以是纤维、颗粒、薄片等。
聚合物基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，在各个领域得到广泛应用。
二、聚合物基复合材料的分类聚合物基复合材料可以根据增强材料的形式和类型进行分类。
1. 根据增强材料的形式•纤维增强聚合物基复合材料：纤维作为增强材料，如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等。
•颗粒增强聚合物基复合材料：颗粒作为增强材料，如陶瓷颗粒增强复合材料、金属颗粒增强复合材料等。
•薄片增强聚合物基复合材料：薄片作为增强材料，如片状金属增强复合材料、片状陶瓷增强复合材料等。
2. 根据增强材料的类型•碳纤维增强聚合物基复合材料：碳纤维是最常见的增强材料之一，具有轻质、高强度、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
•玻璃纤维增强聚合物基复合材料：玻璃纤维具有良好的绝缘性能、机械性能和化学稳定性，常用于建筑、电子、汽车等领域。
•金属颗粒增强聚合物基复合材料：金属颗粒的添加可以提高复合材料的导热性能和机械强度，适用于导热部件、结构件等领域。
三、聚合物基复合材料的优点聚合物基复合材料相比于传统材料具有以下优点：1.重量轻：聚合物基复合材料具有良好的强度和刚度，同时重量很轻，适用于要求重量轻的产品，如航空航天、运动器材等领域。
2.高强度：通过合理设计和选择增强材料，聚合物基复合材料的强度可以达到甚至超过金属材料，满足各种工程应用的要求。
3.耐腐蚀性好：聚合物基复合材料在大多数腐蚀介质中具有良好的耐腐蚀性，可以代替传统金属材料制作耐腐蚀设备。
4.良好的绝缘性能：聚合物基复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气绝缘材料的制造。
5.良好的可塑性：热塑性聚合物基复合材料具有良好的可加工性，可以通过热成型、注塑等工艺制成各种形状的制品。
复合材料2
第1章绪论1.复合材料的定义(Composition Materials , Composite)复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料=基体(连续相)+增强材料(分散相)分散相是以独立形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒或弥散的填料。
2.复合材料常见分类方法：1）按性能分：常用复合材料、先进复合材料2）按用途分：结构复合材料、功能复合材料3）按复合方式分：宏观复合、微观复合4）按基体材料分：聚合物基、金属基、无机非金属基5）按增强体形式分：纤维增强复合材料、颗粒增强、片材增强、叠层复合3.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？三个结构层次: 一次结构——单层材料——微观力学一次结构二次结构——层合体——宏观力学二次结构三次结构——产品结构——结构力学三次结构设计层次：单层材料设计、铺层设计、结构设计4.复合材料力学主要是在单层板和层合板这两个结构层次上展开的，其研究内容分为微观力学和宏观力学两部分。
第2章复合材料界面和优化设计1.复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观形式复合而成的多相材料。
2.复合材料界面机能：1）传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用2）阻断效应：适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用3）不连续效应：在界面上产生物理性能不连续性和界面摩擦现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等4）散热和吸收效应：5）诱导效应3.界面效应既与界面结合状态、形态和物理、化学性质等相关，也与界面两边组元材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
4.聚合物基复合材料是由增强体与聚合物基体复合而形成的材料。
聚合物基复合材料分类：热塑性、热固性聚合物基复合材料。
热塑性聚合物基复合材料成型两个阶段：①熔体与增强体之间接触和润湿②复合后体系冷却凝固成型。
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复合材料分类方法
1. 引言
复合材料是多种材料的组合，具有优异的性能和应用潜力。
为了更好地研究和使用复合材料，需要对其进行分类和认识。
本文将介绍复合材料的分类方法，以及每种分类方法的特点和应用。
2. 复合材料的组成
复合材料由两个或更多的组分组成，其中一个组分为增强体，另一个组分为基体。
增强体通常是纤维或颗粒形态的材料，如碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等；基体通常是粘合增强体的材料，如树脂、金属或陶瓷。
3. 基于增强体的分类方法
3.1 纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是指增强体为纤维的复合材料。
根据纤维的类型可以将其分为以下几类：
•碳纤维增强复合材料：具有高强度、高模量和低密度，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
•玻璃纤维增强复合材料：具有良好的电绝缘性能和机械性能，适用于建筑、交通运输等领域。
•高强度聚合物纤维增强复合材料：具有优异的抗冲击性能和耐热性能，适用于防弹材料、防护装备等领域。
3.2 颗粒增强复合材料
颗粒增强复合材料是指增强体为颗粒的复合材料。
根据颗粒的类型可以将其分为以下几类：
•金属颗粒增强复合材料：具有良好的导热性和导电性，适用于热管理领域和电子器件制造。
•陶瓷颗粒增强复合材料：具有高硬度和耐磨性，适用于机械零件、刀具等领域。
•碳纳米管增强复合材料：具有优异的强度和导电性，广泛应用于电池、超级电容器、光伏等领域。
4. 基于基体的分类方法
4.1 树脂基复合材料
树脂基复合材料是指基体为树脂的复合材料。
根据树脂的种类可以将其分为以下几类：
•环氧树脂基复合材料：具有良好的机械性能和耐热性能，广泛应用于飞机、船舶等领域。
•聚酰亚胺树脂基复合材料：具有优异的耐高温性能和耐化学性能，适用于航天、卫星等领域。
•酚醛树脂基复合材料：具有良好的绝缘性能和耐磨性能，适用于电器、电子等领域。
4.2 金属基复合材料
金属基复合材料是指基体为金属的复合材料。
根据金属的种类可以将其分为以下几类：
•铝基复合材料：具有良好的导热性和机械性能，适用于航空、汽车等领域。
•钛基复合材料：具有优异的强度和耐腐蚀性能，适用于航空、航天等领域。
•镁基复合材料：具有良好的轻量化和吸能性能，适用于交通运输、体育器材等领域。
5. 其他分类方法
5.1 功能性分类
根据复合材料的功能可以将其分为以下几类：
•结构复合材料：用于承受载荷和提供支撑结构。
•功能复合材料：具有特殊的功能，如导电、导热、阻隔等。
•规则复合材料：具有特定的结构和几何形状，如纤维增强复合材料、层合板等。
5.2 加工方式分类
根据复合材料的加工方式可以将其分为以下几类：
•预浸料复合材料：基体和增强体事先进行浸渍加工，形成预浸料，然后再进行成型加工。
•热固型复合材料：基体材料为热固性树脂，通过热固化反应形成成型件。
•热塑性复合材料：基体材料为热塑性树脂，通过加热和冷却形成成型件。
6. 总结
本文介绍了复合材料的分类方法，根据增强体和基体的不同可以将其分为不同的类别。
根据功能和加工方式的不同也可以进行分类。
了解复合材料的分类方法有助于更好地理解和应用复合材料，在不同领域中发挥其优异的性能和潜力。