复合材料基础知识培训优秀课件
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人为加工的复合材料： ——泥巴墙：将泥土涂在芦苇编织的网格上 ——混凝土：石子、水泥、(钢筋) 现代工业常用的先进的复合材料： ——玻璃钢：玻璃纤维增强环氧树脂 ——芳纶纤维、硼纤维、碳纤维等增强树脂
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
第二章 复合材料的分类与简介
复合材料主要由两部分组成：增强体+基体； 其分类方法较多，其中最常用的是按基体和增 强体类型分，如： － ■ 颗粒增强复合材料；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 碳纤维的性能
目前飞机上使用的复合材料以碳纤维/环氧树脂为代表， 它具有比较高的比强度和比模量，可使飞机的结构重 量大幅度下降。
■芳纶纤维（Aramid）
该纤维是美国杜邦（DUPONT）化学公司1968年推出 的一种高强度、高模量和低密度的有机纤维。主要品 种有： KevLar 29、 KevLar 129、KevLar 49、 KevLar 149。（凯夫拉尔） 前两种主要用作轮胎帘子线，后两种可用在飞机上。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 芳纶纤维的应用 由于芳纶纤维的一系列优点，自70年代以来， 很多机种的玻璃纤维复合材料已由芳纶纤维复 合材料所取代，尤其是芳纶纤维与碳纤维混杂 后，可以优势互补，使芳纶纤维的抗压强度提 高一倍，碳纤维的冲击韧性提高一倍。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
将各种形状的增强颗粒嵌镶在基体中构成 的多相材料。
二、夹层复合材料
1. 夹层板复合材料，如三合板等。 2. 夹芯结构复合材料
夹芯结构复合材料由两部分组成：面板+芯材 面板：树脂基复合材料板、铝合金板、
不锈钢板、钛合金板及高温合金板等。 芯材：泡沫、波纹板、蜂窝芯等。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
1. 纤维增强原理 ■ 物质强度理论认为： 材料的强度取决于物质的分子结构结构 的完整性（杂质、位错、其它缺陷等）。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
2．纤维的种类与性能简介 ■ 碳纤维 20世纪60年代,英国首先研制成功碳纤维， 继而日本又以聚丙烯腈（PAN）为基础研制出 PAN基碳纤维。飞机结构上主要采用聚丙烯腈 基碳纤维，此类碳纤维从性能上可分为高强度 型、超高强度型、高模量型等。下表给出了典 型碳纤维的品种与性能。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
四、树脂基复合材料
在整个复合材料家族中，树脂基复合材料是使用最广、 最多、最重要的一种，这其中又以纤维增强的树脂基 复合材料最为突出。 （纤维增强）树脂基复合材料的组成
组成：树脂+纤维 纤维在前面已经作了介绍，这里主要介绍基 体材料——树脂。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
■ 夹层增强复合材料； ■ 纤维（连续纤维和短纤维）增强复合材
料；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
－ ■ 树脂基复合材料， ■ 金属基复合材料， ■ 陶瓷基复合材料，
还有比较特殊的先进碳基复合材料： － ■ 碳基复合材料，表示方法为：C/C；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
一、颗粒增强复合材料
– 影响断裂韧性； – 横向传递载荷的作用(已断纤维承受的载荷→其它纤
维);
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
复合材料基础知识培训
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
第一章 复合材料的定义 一、复合材料的定义
定义：将两种或两种以上组织结构不同的物 质，自然地或人为地构成性质不同的 另一种多相材料称之为复合材料。
二、常见复合材料举例 自然形成的复合材料：
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
——木材（各种树干）、竹子、各种植物的 茎等
树脂基体的作用 常有人错误的认为，复合材料的性能主要由增强体— —纤维决定，与基体无关。实际上基体材料也是不可 忽视的重要因素。归纳起来树脂基体具有如下重要作 用：
– 对增强体（纤维）的支撑作用（固定纤维的分布和 方向）；
– 对增强体（纤维）的保护作用（防止环境的机械破 坏和化学浸蚀，避免纤维自身摩擦）；
高弹性模量Ⅱ 高弹性模量Ⅲ 高应变Ⅰ型
1800~1900 7~8
340~380 2.2~2.4 0.6~0.7
9~10 — 0.7
1900~2100 8~9
520~550 1.8~1.9 0.3~0.4
6~7 — 0.6
1700~1800 5~8
240~270 4.0~4.7 1.7~1.8
— 0.5
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
表1-1—几种典型碳纤维性能数据
纤维类型 纤维性能
密度（Kg/m3） 纤维直径(μm) 拉伸弹性模量(GPa) 抗拉强度(Gpa) 断裂延伸率(%) 电阻率(μΩ/m)
线胀系数(×10-6/℃)
高强度Ⅰ型
1700~1800 7~8
220~250 2.5~3.5 1.2~1.4 15~18 — 0.5
△ 蜂窝结构的作用 蜂窝结构其作用主要是减轻结构重量，提高 结构的抗弯刚度。
△ 蜂窝夹芯的材质及类型 蜂窝夹芯是夹层复合材料中最常用的夹芯结 构，形状有六角形、菱形、矩形等。按制造 材料不同，有铝蜂窝、芳纶纸蜂窝和玻璃布 蜂窝等。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
三、纤维增强复合材料 纤维增强复合材料所用纤维有玻璃纤维、碳 纤维（石墨纤维）、芳纶纤维、硼纤维等。
■玻璃纤维
玻璃纤维是应用最早最广的一种纤维，早在二 十世纪30年代就在复合材料中获得应用。玻璃 纤维通常有两种形式，即长纤维和短纤维。这 两种形式的纤维都可以用同一种方法制作。简 单地说，其生产过程是将硅砂、石英、硼酸和 其它成分（粘士、氟石等）干混后，经高温炉 熔融，熔化后的液态玻璃通过漏丝板即形成玻 璃纤维。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 玻璃纤维的性质
玻璃纤维弹性模量比较低，价格低廉。 玻璃纤维最常用的有 “E” 型和 “S” 型，前者主要用 于“电子仪表板” ，后者主要用于高强度结构。S— 玻纤比E—玻纤相比，其抗压强度，抗拉强度，弹性模 量略高，密度降低， 更耐强酸，但成本较高。 其它如 “A”、“C”、“Dபைடு நூலகம் 型玻璃纤维，因其强度太低不 适合飞机结构使用。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
第二章 复合材料的分类与简介
复合材料主要由两部分组成：增强体+基体； 其分类方法较多，其中最常用的是按基体和增 强体类型分，如： － ■ 颗粒增强复合材料；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 碳纤维的性能
目前飞机上使用的复合材料以碳纤维/环氧树脂为代表， 它具有比较高的比强度和比模量，可使飞机的结构重 量大幅度下降。
■芳纶纤维（Aramid）
该纤维是美国杜邦（DUPONT）化学公司1968年推出 的一种高强度、高模量和低密度的有机纤维。主要品 种有： KevLar 29、 KevLar 129、KevLar 49、 KevLar 149。（凯夫拉尔） 前两种主要用作轮胎帘子线，后两种可用在飞机上。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 芳纶纤维的应用 由于芳纶纤维的一系列优点，自70年代以来， 很多机种的玻璃纤维复合材料已由芳纶纤维复 合材料所取代，尤其是芳纶纤维与碳纤维混杂 后，可以优势互补，使芳纶纤维的抗压强度提 高一倍，碳纤维的冲击韧性提高一倍。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
将各种形状的增强颗粒嵌镶在基体中构成 的多相材料。
二、夹层复合材料
1. 夹层板复合材料，如三合板等。 2. 夹芯结构复合材料
夹芯结构复合材料由两部分组成：面板+芯材 面板：树脂基复合材料板、铝合金板、
不锈钢板、钛合金板及高温合金板等。 芯材：泡沫、波纹板、蜂窝芯等。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
1. 纤维增强原理 ■ 物质强度理论认为： 材料的强度取决于物质的分子结构结构 的完整性（杂质、位错、其它缺陷等）。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
2．纤维的种类与性能简介 ■ 碳纤维 20世纪60年代,英国首先研制成功碳纤维， 继而日本又以聚丙烯腈（PAN）为基础研制出 PAN基碳纤维。飞机结构上主要采用聚丙烯腈 基碳纤维，此类碳纤维从性能上可分为高强度 型、超高强度型、高模量型等。下表给出了典 型碳纤维的品种与性能。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
四、树脂基复合材料
在整个复合材料家族中，树脂基复合材料是使用最广、 最多、最重要的一种，这其中又以纤维增强的树脂基 复合材料最为突出。 （纤维增强）树脂基复合材料的组成
组成：树脂+纤维 纤维在前面已经作了介绍，这里主要介绍基 体材料——树脂。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
■ 夹层增强复合材料； ■ 纤维（连续纤维和短纤维）增强复合材
料；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
－ ■ 树脂基复合材料， ■ 金属基复合材料， ■ 陶瓷基复合材料，
还有比较特殊的先进碳基复合材料： － ■ 碳基复合材料，表示方法为：C/C；
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
一、颗粒增强复合材料
– 影响断裂韧性； – 横向传递载荷的作用(已断纤维承受的载荷→其它纤
维);
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
复合材料基础知识培训
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
第一章 复合材料的定义 一、复合材料的定义
定义：将两种或两种以上组织结构不同的物 质，自然地或人为地构成性质不同的 另一种多相材料称之为复合材料。
二、常见复合材料举例 自然形成的复合材料：
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
——木材（各种树干）、竹子、各种植物的 茎等
树脂基体的作用 常有人错误的认为，复合材料的性能主要由增强体— —纤维决定，与基体无关。实际上基体材料也是不可 忽视的重要因素。归纳起来树脂基体具有如下重要作 用：
– 对增强体（纤维）的支撑作用（固定纤维的分布和 方向）；
– 对增强体（纤维）的保护作用（防止环境的机械破 坏和化学浸蚀，避免纤维自身摩擦）；
高弹性模量Ⅱ 高弹性模量Ⅲ 高应变Ⅰ型
1800~1900 7~8
340~380 2.2~2.4 0.6~0.7
9~10 — 0.7
1900~2100 8~9
520~550 1.8~1.9 0.3~0.4
6~7 — 0.6
1700~1800 5~8
240~270 4.0~4.7 1.7~1.8
— 0.5
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
表1-1—几种典型碳纤维性能数据
纤维类型 纤维性能
密度（Kg/m3） 纤维直径(μm) 拉伸弹性模量(GPa) 抗拉强度(Gpa) 断裂延伸率(%) 电阻率(μΩ/m)
线胀系数(×10-6/℃)
高强度Ⅰ型
1700~1800 7~8
220~250 2.5~3.5 1.2~1.4 15~18 — 0.5
△ 蜂窝结构的作用 蜂窝结构其作用主要是减轻结构重量，提高 结构的抗弯刚度。
△ 蜂窝夹芯的材质及类型 蜂窝夹芯是夹层复合材料中最常用的夹芯结 构，形状有六角形、菱形、矩形等。按制造 材料不同，有铝蜂窝、芳纶纸蜂窝和玻璃布 蜂窝等。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
三、纤维增强复合材料 纤维增强复合材料所用纤维有玻璃纤维、碳 纤维（石墨纤维）、芳纶纤维、硼纤维等。
■玻璃纤维
玻璃纤维是应用最早最广的一种纤维，早在二 十世纪30年代就在复合材料中获得应用。玻璃 纤维通常有两种形式，即长纤维和短纤维。这 两种形式的纤维都可以用同一种方法制作。简 单地说，其生产过程是将硅砂、石英、硼酸和 其它成分（粘士、氟石等）干混后，经高温炉 熔融，熔化后的液态玻璃通过漏丝板即形成玻 璃纤维。
第一部分 复合材料的基本概念和 基础知识
▲ 玻璃纤维的性质
玻璃纤维弹性模量比较低，价格低廉。 玻璃纤维最常用的有 “E” 型和 “S” 型，前者主要用 于“电子仪表板” ，后者主要用于高强度结构。S— 玻纤比E—玻纤相比，其抗压强度，抗拉强度，弹性模 量略高，密度降低， 更耐强酸，但成本较高。 其它如 “A”、“C”、“Dபைடு நூலகம் 型玻璃纤维，因其强度太低不 适合飞机结构使用。