济南大学复合材料原理第8章
复合材料原理第二版课后答案
复合材料原理第二版课后答案复合材料原理第二版课后答案第一章：绪论1.什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上的材料组成的各司其职、相互补充的一种材料。
2.复合材料的特点有哪些？复合材料具有强度高、刚度大、重量轻、抗腐蚀性强、无疲劳断裂、易成型等特点。
3.复合材料的分类有哪些？按矩阵分类有无机复合材料和有机复合材料；按增强材料分类有无定向增强和定向增强。
第二章：基础知识1.复合材料的加工方式有哪些？常用的复合材料加工方式有手工层压法、自动层压法（RTM、RTM-L、VARTM等）、注塑法、卷制法、旋转成型法等。
2.复合材料中的力学基础知识有哪些？复合材料中的力学基础知识包括应力、应变、应力应变关系、拉伸和压缩、剪切和弯曲等。
3.复合材料中的热力学基础知识有哪些？复合材料中的热力学基础知识包括热膨胀、热导率、热扩散系数等。
第三章：复合材料的基本组成1.复合材料的基本组成是什么？复合材料的基本组成是增强材料和矩阵材料。
2.复合材料的增强材料有哪些？复合材料的增强材料主要有碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维、金属纤维等。
3.复合材料的矩阵材料有哪些？复合材料的矩阵材料主要有四类，即金属基矩阵材料、有机高分子基矩阵材料、无机非金属基矩阵材料、无机金属基矩阵材料。
第四章：复合材料的制备过程1.复合材料的制备过程有哪些？复合材料的制备过程一般包括预处理、增强体制备、矩阵制备、复合成型和后处理等步骤。
2.复合材料的预处理有哪些？复合材料的预处理包括增强体表面处理、矩阵材料预处理、增强体和矩阵的匹配等。
3.如何选择复合材料的制备方法？选择复合材料的制备方法需要考虑到其应用环境和性能要求。
第五章：复合材料的性能和应用1.复合材料的性能有哪些？复合材料的性能包括机械性能、物理性能、化学性能等。
2.复合材料的应用领域有哪些？复合材料的应用领域包括航空航天、轨道交通、建筑结构、汽车制造、石油化工等领域。
3.复合材料的未来发展趋势是什么？未来复合材料的发展趋势是多材料复合、纳米复合、生物仿生等方向的综合发展。
复合材料原理复习重点
X/Y × Y/Z
= X/Z
2、对于含有 2 中组分的复合材料，其典型的结构 0-3 型、1-3 型、2-3 型、2-2 型和 3-3 型分 别指什么结构？ 见 P8 答：0-3 型指增强体或功能体为弥散、孤立的颗粒状材料，基体为网络体状的连续材料。 1-3 型指增强体或功能体为纤维状材料，基体为网络体状的连续材料。 2-3 型指增强体或功能体为片状材料，基体为网络体状的连续材料。 2-2 型指增强体或功能体、基体均为片状的连续材料。 3-3 型指增强体或功能体、基体为网络体状的连续材料。
化学键理论：偶联剂--架桥剂 内容： 认为： 基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官能团能起化学反应。 因此树脂基体与增强体之间形成化学键的结合， 界面的结合力是主价键力的作用。 偶联剂正 是实现这种化学键结合的架桥剂。 优点： 在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到了很好的证明， 也被界面研究 的实验多证实。 不足：聚合物不具备活性基团 不具备与树枝反应的集团，但仍能让偶联剂达到良好处理效果 硅烷偶联剂中双键的作用： 当硅烷偶联剂分子结构带有不饱和双键时， 由于不 饱和双键可与聚酯树脂反应，故提高了聚酯玻璃钢的强度（Br2）---41 页 非树脂基复合材料的基体与界面结构 1.非树脂基复合材料的界面类型 P47 2.非树脂基复合材料的界面结合形式 机械结合 溶解与浸润结合 反应界面结合 为能达到化学相容性，使界面处于稳定状态，可采取的办法： 在复合温度下使其热力学平衡 利用退化反应的化学动能与化学势能相平衡 使特殊表面能的影响最小 控制凝聚作用使总表面能最小 氧化结合 混合结合
复合体系的界面结合特性 1.复合材料界面形成过程： （界面是怎样形成的） 1、.基体与增强材料的接触和浸润过程 2．基体与增强材料通过相互作用使界面固定阶段。 2.按照怎样固化分类：有固化剂引发树脂官能团反应固化 以树脂本身官能团进行反应固化 3.胶束（胶粒） ：密度大 4.胶絮：密度小 5.树脂抑制层：在增强体表面形成的有序树脂胶束层 6.界面区的作用：使基体与增强体结合形成材料整体，并在外力场作用下的应力传递 7.以连续纤维为增强体的树脂基复合材料，增强体沿纤维的轴向是连续的，但其界面的微观 结构与非连续纤维为增强体的复合材料仍是一致的 8.树脂基复合材料的界面结合理论 润湿理论：指出：要使树脂对增强体紧密接触，就必须使树脂对增 强体表面很好地 浸润。 前提条件：液态树脂的表面张力必须低于增强体的临界表面张力。 结合方式：属于机械结合与润湿吸附（范德华力） 。 优点：解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高与基体树脂界面结合力的事实。 不足：不能解释施用偶联剂后使树脂基复合材料界面粘结强度提高的现象。
复合材料讲义-中科大
复合材料导论Introduction to Composite Materials（讲稿）石南林中国科学院金属研究所2004年2月目录第一章前言一、材料的发展与人类社会的进步二、复合材料的提出三、复合材料的发展历史和意义四、课程的重点和要求第二章复合材料概述一、复合材料的定义和特点1、复合材料的定义2、复合材料的特点3、复合材料的基本结构模式二、复合材料的分类三、复合材料的发展历史四、复合材料的基本性能第三章复合材料界面一、复合材料的界面二、复合材料的相容性三、复合材料的界面理论四、界面结合强度的测定1、界面结合强度的测定2、界面结合强度的表征五、界面残余应力第四章复合材料的复合理论一、复合材料的增强机制1、颗粒增强复合材料的增强机制2、纤维（包括晶须、短纤维）增强复合材料的增强机制二、复合材料的复合法则—混合定律1、混合定律2、连续纤维单向增强复合材料（单向板）3、短纤维增强复合材料第五章复合材料力学和结构设计基础一、复合材料力学1、单层复合材料2、层合复合材料二、复合材料设计1、单向层弹性常数预测公式2、正交层的工程弹性常数预测公式3、单向板强度预测公式4、复合材料的强度准则5、平面正交织物复合材料的强度6、应力的转换7、复合材料的其它性能第六章复合材料基体一、聚合物1、热固性树脂2、热塑性树脂二、金属1、用于450︒C以下的轻金属基体（铝、镁及其合金）2、用于450~750︒C复合材料的金属基体（钛及其合金）3、用于750︒C以上高温复合材料的金属基体三、陶瓷1、氧化物陶瓷2、非氧化物陶瓷3、玻璃陶瓷四、碳（石墨）第七章复合材料增强剂一、复合材料增强剂的特点二、纤维1、无机纤维2、陶瓷纤维3、有机纤维4、各种纤维性能的比较三、晶须四、颗粒第八章聚合物基复合材料（PMC）一、聚合物基复合材料的分类二、聚合物基复合材料的性能三、聚合物基复合材料的制备工艺四、复合材料成型固化工艺1、工艺性2、复合材料的固化工艺过程五、PMC的界面1、PMC的界面特点2、PMC的界面表征3、PMC的界面作用机理4、PMC的界面设计六、纤维增强聚合物复合材料的力学性能1、静态力学性能2、疲劳性能3、冲击和韧性七、铺层设计1、层合板设计的一般原则2、等代设计法3、层合板排序设计法4、层合板的层间问题八、结构设计1、明确设计条件2、材料设计3、结构设计第九章金属基复合材料（MMC）一、金属基复合材料概述1、金属基复合材料的分类2、金属基复合材料的研究特点二、金属基复合材料的制备工艺1、金属基复合材料的制备工艺概述2、先驱（预制）丝（带、板）的制备3、固态法（连续增强相金属基复合材料的制备工艺）4、液态法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）5、粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）6、原位（in situ）生长（复合法）三、金属基复合材料的界面和界面设计1、金属基复合材料的界面2、金属基复合材料的界面结合3、金属基复合材料的界面残余应力四、金属基复合材料的的性能1、金属基复合材料的的一般性能特点2、纤维增强金属基复合材料的的性能3、颗粒、晶须增强金属基复合材料的的性能第十章陶瓷基复合材料（CMC）一、陶瓷基复合材料概述二、陶瓷基复合材料的制备工艺1、粉末冶金法2、浆体法3、反应烧结法4、液态浸渍法5、直接氧化法6、胶-凝胶（Sol-Gel）法7、化学气相浸渍8、其它方法三、陶瓷基复合材料的界面和界面设计1、界面的粘结形式2、界面的作用3、界面的改善四、陶瓷基复合材料的的性能1、室温力学性能2、高温力学性能五、陶瓷基复合材料的的增韧机制1、颗粒增韧2、纤维、晶须增韧第十一章碳碳复合材料（C/C）一、碳碳复合材料概述二、碳碳复合材料的制备工艺1、碳碳复合材料的预成型和基体碳2、碳碳复合材料的制备工艺三、碳碳复合材料的界面1、碳碳复合材料的界面和结构2、碳碳复合材料的显微组织四、碳碳复合材料的抗氧化1、碳碳复合材料的氧化2、碳碳复合材料的氧化保护原理3、碳碳复合材料的抗氧化保护第十二章水泥复合材料一、水泥1、水泥的定义和分类2、水泥的制造方法和主要成分3、水泥的强度和硬化二、水泥复合材料1、混凝土2、纤维增强水泥复合材料3、聚合物改性混凝土三、水泥复合材料的成型工艺1、混凝土的配合比设计及成型工艺控制2、钢筋混凝土的成型工艺3、纤维增强水泥复合材料的成型工艺4、聚合物改性混凝土的成型工艺四、（钢筋混凝土）纤维/基体的界面第十三章混杂复合材料一、混杂复合材料概述二、混杂复合材料混杂方式1、单向混杂纤维复合材料2、单向预浸料角度铺层混杂3、混杂织物混杂4、超级混杂复合材料5、三向编织物混浊6、复合夹层结构三、混杂复合材料的几个概念1、混杂效应2、混杂复合材料的界面和界面数3、混杂比4、分数度5、铺层形式6、临界含量四、混杂复合材料的力学性能1、弹性模量2、横向弹性模量3、单向混杂复合材料沿纤维主向的强度4、纤维的临界含量第十四章纳米及分子复合材料一、纳米粉体的合成1、纳米粉体的物理制备方法2、纳米粉体的的化学制备方法二、先进纳米增强剂的制备1、碳化硅纳米晶须2、碳纳米管3、纳米碳纤维三、陶瓷基纳米复合材料的制备1、纳米-纳米复合材料2、纳米-微米复合材料四、聚合物有机-无机纳米复合材料的制备方法1、溶胶-凝胶（Sol-Gel）法2、层间插入法3、共混法4、原位聚合法5、分子的自组装和组装6、辐射合成法五、聚合物有机-无机纳米复合材料的应用现状六、应用前景展望第十五章复合材料的应用和发展一、复合材料的应用1、聚合物基复合材料的应用2、金属基复合材料的应用3、陶瓷基复合材料的应用4、碳碳复合材料二、复合材料的发展1、复合材料的性能对比2、复合材料的发展趋势第一章前言一、材料的发展与人类社会的进步材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。
复合材料原理教学大纲
《复合材料原理》教学大纲课程编号：B03080400课程名称：复合材料原理英文名称：Composites Theory课程性质：必修课学时/学分：32/2考核方式：闭卷考试和平时成绩相结合，以闭卷考试成绩为主。
选用教材：《复合材料原理》，朱和国编著，国防工业出版社，2013年先修课程：复合材料学，高分子物理，高分子化学后继课程：纳米复合材料，功能复合材料，金属基复合材料适用专业及层次：复合材料与工程专业,本科生一、课程目标通过本课程的学习，使学生掌握复合材料的复合效应和复合原理、复合材料增强体和基体形成界面的热力学和动力学条件、复合材料界面结构和界面结合理论以及复合界面处理技术和界面设计方法。
通过本课程的教学，使学生具备下列能力：1.能够准确理解材料复合的基本原则、九大界面结合理论和复合材料的界面破坏理论，以解决复合材料制造和应用及相关领域的复杂工程问题。
2. 能够运用材料复合八大复合效应、界面结合理论，从微观、亚微观角度设计、制备复合材料，探究复合材料组成-结构-性能及其相互关系。
3. 能够利用现代分析仪器对复合材料进行识别表征，分析复合材料增强体表面物理形态和化学组成，分析复合材料界面的物理结构和化学以及界面结合强度进行分析表征，并综合所得信息解决复合材料领域相关复杂工程问题。
二、课程目标与毕业要求的对应关系三、教学基本内容第一章：绪论（支撑课程目标1）1. 材料为什么要进行复合（Why）2. 材料依据什么进行复合（What）3. 材料怎样进行复合（How）4. 复合材料原理课程的研究范围5. 学习本课程的意义和要求要求学生：理解并掌握复合材料复合的四大基本原则，并对本课程所涉及的主要内容有所了解。
第二章：复合材料的复合效应（支撑课程目标1、2）1. 材料的复合效应2. 复合材料的结构与复合效果3. 复合材料的模型及性能的一般规律4. 复合材料增强原理要求学生：理解并掌握复合材料复合的八大复合效应，及有复合效应决定的复合材料的复合效果。
复合材料聚合物基体-济南大学材料学院
《复合材料聚合物基体》课程介绍一、课程简介《复合材料聚合物基体》是复合材料与工程专业的专业必修课，是一门承上启下的关键课程。
本课程的教学目的是培养学生掌握复合材料聚合物基体材料的组成-结构-性能的关系、相关的合成固化原理与方法，为学生进一步学习复合材料与工程专业的后续课程以及从事复合材料领域的生产和科研奠定坚实的基础。
在掌握本课程所涉及的有机化学、高分子化学、高分子物理等理论的基础上，学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。
课程的主要教学内容分为六章，根据各章内容可归纳为六大部分，即：1、不饱和聚酯树脂；2、环氧树脂；3、酚醛树脂；4、其他类型热固性树脂；5、热塑性树脂；6、高性能树脂。
通过本课的教学，要求熟悉各种复合材料聚合物基体的结构特点与配方；掌握三大热固性树脂（不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂）和通用热塑性树脂的合成原理及合成方法；对各种聚合物基体在复合材料生产过程中的一些共性和规律有较全面和系统的理解与认识，并具有初步应用的能力。
二、教学内容改革与教学条件完善《复合材料聚合物基体》课程涉及热固性树脂、热塑性树脂以及高性能树脂，涵盖了所有的树脂基体，覆盖面广。
另外，随着新材料领域的发展，新品种、新类型的基体材料层出不穷，教学内容亟待更新。
针对这两个特点，课程组进行了教学内容的优化和改革。
例如，对于一些陈旧的目前生产实际中已经淘汰的知识略讲甚至不讲；对于一些行业发展新动向，适时的增加新的内容，如在第五章热塑性树脂中，利用科研课题成果，增加有关木塑复合材料的知识。
通过教学内容的优化与改革，扩大了课程的信息量，有利于突出重点和强调难点。
本课程的教学手段均采用多媒体教学法，在授课过程中根据各章节的特点，通过实例、图片、录像等元素的适当引入，因材施教。
如：第一章，采用实例“196#不饱和聚酯树脂的配方设计”，帮助学生理解不饱和聚酯的配方设计原则；第五章，增加实物图片，使抽象的概念形象化。
复合材料原理
复合材料原理复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的原理主要包括增强相和基体相的选择、界面相互作用以及制备工艺等方面。
首先，复合材料的性能与所选择的增强相和基体相密切相关。
增强相通常是具有较高强度和刚度的材料，如碳纤维、玻璃纤维等，而基体相则是起到粘合和支撑作用的材料，如树脂、金属等。
增强相和基体相的选择需要考虑二者的相容性、热膨胀系数等因素，以确保复合材料具有良好的整体性能。
其次，复合材料的界面相互作用对其性能也起着至关重要的作用。
界面相是增强相和基体相之间的过渡层，其质量和结构对复合材料的性能有着直接影响。
良好的界面相互作用可以提高复合材料的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能，而界面相的剥离、开裂则会导致复合材料的性能下降甚至失效。
最后，复合材料的制备工艺也是影响其性能的重要因素。
不同的制备工艺会对复合材料的微观结构和性能产生显著影响。
常见的制备工艺包括手工层叠、注塑成型、压缩成型等，每种工艺都有其适用的复合材料类型和特定性能要求。
总的来说，复合材料的原理涉及增强相和基体相的选择、界面相互作用以及制备工艺等方面。
通过合理选择材料、优化界面结构和控制制备工艺，可以获得具有优异性能的复合材料，满足不同领域的需求。
复合材料的应用领域非常广泛，涵盖航空航天、汽车工业、建筑领域等。
在航空航天领域，复合材料因其高强度、轻质、耐高温等优点被广泛应用于飞机结构、导弹外壳等领域；在汽车工业中，复合材料可以大幅减轻汽车自重，提高燃油经济性和安全性；在建筑领域，复合材料的耐腐蚀性能和装饰性能使其成为新型建筑材料的首选。
综上所述，复合材料的原理涉及多个方面，包括材料的选择、界面相互作用和制备工艺等。
通过深入理解复合材料的原理，可以更好地设计和制备出性能优异的复合材料，满足不同领域的需求并推动相关领域的发展。
复合材料原理期末重点.
复合材料：由两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同复合方法所得到的宏观多相材料。
主要特征：多相结构存在着复合效应。
特点：1、不仅保持原组分的部分优点，而且具有原组分不具备的特性2、区别于单一材料的另一显著特性是材料的可设计性3、材料与结构的一致性工程应用的角度分类：结构复合材料和功能复合材料复合材料的组成：A、结构复合材料：增强体：在结构复合材料中主要起承受载荷的作用；基体：起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。
B、功能复合材料：基体：主要起连接作用；功能体：是赋予复合材料以一定的物理、化学功能。
界面的功能：传递应力、粘结与脱粘。
材料的复合效应线性效应：线性指量与量之间成正比关系。
非线性效应：非线性指量与量之间成曲线关系。
1)平均效应：是复合材料所显示的最典型的一种复合效应。
2)平行效应：增强体(如纤维)与基体界面结合很弱的复合材料所显示的复合效应，可以看作是平行效应。
3)相补效应：组成复合材料的基体与增强体，在性能上能互补，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。
4)相抵效应：基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。
1.相乘效应：两种具有转换效应的材料复合在一起，有可能发生相乘效应。
Eg:把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时，将可能产生复合材料的电光效应。
2.诱导效应：在一定条件下，复合材料中的一组分材料可以通过诱导作用使另一组分材料的结构改变而改变整体性能或产生新的效应。
3.共振效应：两相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、磁的共振。
4.系统效应：这是一种材料的复杂效应，至目前为止，这一效应的机理尚不很清楚。
1）、两相复合体系有l0种可能的连通性复合材料结构(0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3)；2）、三个相组成的复合体系结构有20种可能存在的连通性；3）、四个相时，它可能存在35种连通性。
复合材料原理
复合材料原理复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优良的性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
复合材料的原理是指其制备和性能表现的基本规律和原理，了解复合材料的原理对于提高材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
首先，复合材料的原理在于材料的组成。
复合材料通常由增强相和基体相组成。
增强相可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，而基体相通常是树脂、金属或陶瓷等。
增强相赋予复合材料高强度和刚度，而基体相则起到粘合和支撑作用。
不同组分的选择和比例会直接影响复合材料的性能。
其次，复合材料的原理还在于材料的制备工艺。
复合材料的制备工艺包括预浸料制备、层叠成型和固化等步骤。
预浸料制备是将增强相与基体相预先浸渍，以保证两者之间有良好的结合。
层叠成型是将预浸料层叠在一起，形成所需形状。
固化是指在一定的温度和压力条件下，使复合材料中的树脂固化成型。
这些工艺步骤的合理性和精准度直接影响着复合材料的质量和性能。
另外，复合材料的原理还在于界面效应。
复合材料的性能不仅取决于增强相和基体相的性能，还取决于两者之间的界面结合情况。
界面结合质量好坏直接影响着复合材料的力学性能和耐久性。
通过表面处理、界面改性等手段，可以改善复合材料的界面结合情况，提高材料的综合性能。
最后，复合材料的原理还在于微观结构和宏观性能之间的关系。
复合材料的微观结构包括纤维排列方式、树脂分布情况等，而宏观性能包括强度、刚度、热性能等。
微观结构决定了复合材料的宏观性能，通过调控微观结构，可以实现对复合材料性能的精准调控。
综上所述，复合材料的原理涉及材料的组成、制备工艺、界面效应以及微观结构和宏观性能之间的关系。
深入理解复合材料的原理，有助于优化材料设计、改进制备工艺，推动复合材料在各个领域的应用和发展。
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α ——热膨胀系数； Vf——增强体的容积分数；
角标c、m、f分别代表复合材料、基体和增强体。
一般无机填料的热膨胀系数较聚合物的要小得多， 所以，填充无机填料的复合塑料其热膨胀系数要较纯 聚合物的小，其数值接近于金属的热膨胀系数。
6
聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数(×10-5)
12
填料的质量比热一般比聚合物的稍小，因此复 合材料的质量比热也比单一聚合物的稍小。但两者 的容量比热则无大差异。
设各元素在处于液体和固体时的摩尔比热：
元素
液体
固体
C
2.8
1.8
H
4.8
2.3
O
6.0
4.0
S、P
7.4
5.4
F
7.0
5.0
Si
5.8
3.8
B
4.7
2.7
其他元素
8.0
6.2
13
以碳酸钙为例，其比热可计算如下： Ca C O3(固体)
各种材料的导热系数
聚合物 尼龙-66 尼龙-12
PPS PSU PP
导热系数 [W/(m·K)]
0.25 0.29 0.28 0.26 0.13
填料的导热系数一 般比聚合物的大， 可预计，复合塑料 的导热系数要比单 纯聚合物的大。
填料 E－玻纤 碳纤维 碳酸钙 滑石粉 铁（钢）
铝 杉（纵向） 杉（横向）
c m(1V f ) f V f
实际的复合材料由于填料的形态等因素的影响，其导热 系数各异。Nielsen考虑了这些因素后提出下列公式：
c 1 ABVf m 1 BV f
A＝KE－1 KE—爱因斯坦系数
f B f (m 1)
(m A)
1
1
Pf Pf 2
Vf
Pf—填料的最高 填充容积分数 10
(8.1)
2
如果以基体在复合材料中的质量分数Wm为已知数：
Wm
m (1 V f ) f V f m (1 V f
)
如何推导Vf？
Wm f V f Wm m WmV f m m mV f
V f [Wm f m (1 Wm )] m (1 Wm )
Vf
(1Wm )m
Wm f (1 Wm )m加入，如果提高混合物的导热系数，可缩短加 热或冷却时间，也就是提高成型速度。
随着填料的不同，复合塑料可用作隔热或导热材 料。以空气为填料的泡沫塑料是良好的隔热材料，而 以碳纤维、金属粉等为填料的复合塑料则可作为导热 性复合材料使用。
9
复合材料的导热系数在理想情 况下可由下列复合规则估算：
尼龙－6
8
CaCO3
1
AS（含30％GF， 质量比）
2.8
尼龙－66 10-15
铝
2.4
PP（含33％ CaCO3，质量比）
4.2
AS
6-7
铁
1.2
PVC（含33％木粉， 质量比）
3.2
7
膨胀系数的各向异性
材料
热膨胀系数①（╳10-5/℃）
流动方向
垂直流动方向
尼龙-6 非增强
11.7
13.7
FRTP（含GF30％）
导热系数 [W/(m·K)]
1.30 2.10-10.45
2.34 2.10 58.52 209 0.42 0.11
复合材料
尼龙-66（含 40％玻纤）
尼龙-66（含 40％碳纤）
尼龙-12（含 30％玻纤）
PPS（含30 ％玻纤）
PPS（含30 ％碳纤）
PSU（含30 ％玻纤）
PPS（含30 ％碳纤）
复合材料物理和化学性能的复合规律
1、理解密度、热性能； 2、了解燃烧特性、光学性能 、耐化学性。
1
8.1 密度
复合材料的最基本物性
复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分 率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率， 才能应用复合规则来估算复合材料的密度。
c m (1V f ) f V f
ρc——复合材料的密度； ρm——基体的密度； ρf——增强体的密度； Vf——增强体的体积分数。
0.87
12.0
PC 非增强
7.6
7.6
FRTP（含GF30％）
1.9
6.8
改性 PPO 非增强
7.7
8.5
FRTP（含GF30％）
2.3
7.1
PET FRTP（含GF30％）
0.75
4.5
由于纤维在流动方向的取向，使流动方向上及 与之垂直方向上的热膨胀系数产生很大的差异。 8
影响成型速度
制备导热或隔热性制品
一般表现为随着填料 的加入，玻璃化温度升高， 玻璃化温度的升高程度与 填料加入量成正比。
PP（含30％ 玻纤）
PP（含30％ CaCO3）
导热系数 [W/(m·K)]
0.50 1.21 0.24 0.40 0.75 0.31 0.80 0.33 0.35
11
使单位物量的某种物质升 高单位温度所需的热量
质量比热
容量比热 摩尔比热 复合材料在一定温度下的比热基本上可由复合规则估算：
cc cm (1 V f ) c f V f
6.2＋1.8＋3×4.0＝20 碳酸钙的分子质量＝40.08 + 12.01 + 3×16＝100.09 故其质量比热cf＝20／100.09＝0.20cal／g＝0.837J／g. ℃ 这个值与碳酸钙在20℃时的实测值为0.857J／g.℃基本吻合。
14
8.2.2 耐热性
表征非结晶性聚合物 耐热性的物理量是玻 璃化温度Tg，结晶性 聚合物是熔点Tm。
3
c m (1V f ) f V f (8.1)
Vf
(1Wm )m
Wm f (1 Wm )m
c
m
[1
Wm
(1
f
Wm )m
(1 Wm
)
m
]
f
• (1 Wm )m Wm f (1 Wm )m
mWm f f m (1 Wm ) Wm f (1 Wm )m
m f
Wm f (1Wm )m
对于聚合物基复合材料， 由于ρm对大多数聚合物来 说差别不大，当填料一定 时，复合材料的密度主要 取决于填料的含量。
4
8.2 热性能
热膨胀系数
热性能
热基础物性
导热系数
热功能复合材料 的最重要性质
比热
耐热性
与力学性能并列为结构 复合材料最重要的特性
5
8.2.1 热基础物性
基本上可按复合规则加以估算：
热膨胀系数 聚合物 （1/℃）
填料
热膨胀系数 （1/℃）
复合材料
热膨胀系数 （1/℃）
PP
10-11
玻璃纤维E
0.5
PP(含30％GF，质 量比)
3.2
PVC(硬质)
7-8
碳纤维（PAN系） （0.3-0.5）
PC（含30％GF， 质量比）
2.7
PC
7
滑石粉
0.8
尼龙66（含30％GF， 质量比）
2.2