复合材料
复合材料在海洋石油工程中的应用一．复合材料简介1．概述复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复复合是一种混合物。
在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为：①纤维增强复合材料。
将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。
如纤维增强塑料、纤维增强金属等。
②夹层复合材料。
由性质不同的表面材料和芯材组合而成。
通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。
分为实心夹层和蜂窝夹层两种。
③细粒复合材料。
将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。
④混杂复合材料。
由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。
与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。
分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。
2.复合材料分类复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。
结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。
增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等，基体则有高聚物(树脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。
由不同的增强体和不同基体即可组成名目繁多的结构复合材料，并以所用的基体来命名，如高聚物(树脂)基复合材料等。
结构复合材料的特点是可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计，更重要是还可进行复合结构设计，即增强体排布设计，能合理地满足需要并节约用材。
功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。
功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。
如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。
统称为功能复合材料。
功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。
功能体可由一种或以上功能材料组成。
多元功能体的复合材料可以具有多种功能。
同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。
多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。
复合材料也可分为常用和先进两类。
常用复合材料如玻璃钢便是用玻璃纤维等性能较低的增用于船舶、车辆、化工管道和贮罐、建筑结构、体育用品等方面。
先进复合材料指用高性能增强体如碳纤维、芳纶等于高性能耐热高聚物构成的复合材料，后来又把金属基、陶瓷基和碳(石墨)基以及功能复合材料包括在内。
它们的性能虽然优良，但价格相对较高，主要用于国防工业、航空航天、精密机械、深潜器、机器人结构件和高档体育用品等。
[5]二.复合材料应用于海洋石油工程的由来由于复合材料的各种良好性能以及传统材料的弊端在深海油气开发中，传统材料面临的问题是考虑新材料应用的驱动力。
目前，传统材料主要面临以下5个方面的问题：第一，深水油气开采装备的自重问题。
因为随着水深的增加，装备自身的质量已经很大，如果安装在采油平台上，其自重已经对平台造成了很大的载荷要求。
第二，对装备的耐腐蚀性能要求更高。
由于在深海区域对装备的防腐维护、部件更换等成本比近海区域要高很多，因此，深海区域油气开发对装备的防腐性能提出了更高的要求。
第三，深水开采对材料的强度提出了更高的要求。
随着开采装备下到1 500ｍ以上的深水中作业时，海水对装备造成的压力载荷，是传统材料无法承受的。
第四，疲劳损伤。
海浪的波动使装备的疲劳环境非常恶劣，海浪带来的疲劳损伤甚至比飞机飞行造成的疲劳损伤更大。
因此，深海开采对材料的抗疲劳损伤提出了更加苛刻的要求。
最后，深海区域的油气开采，施工和安装工程的成本比近海或者是陆地区域更加昂贵，如何提高装备安装和施工的便捷性也是一个值得关注的问题。
三．复合材料在海洋石油工程领域中的发展复合材料在陆地油田的应用（如：做抽油杆，水管等），大家都很熟悉，但是，该材料是否可用于海洋石油工程呢？答案是肯定的，而且应用的更广，更深，前景更可观！据资料介绍，复合材料可加工成许多海洋油田制品，如：抽油杆，钻杆，盘管，流送管，开采立管，钻眼立管，应力接头，弯曲接头和筋束等，抽吸杆和钻杆在美国已经商业化，例如：Brunswick Composites公司推出的挠曲复合材料钻杆，可盘绕成半径为10买的盘形；Conoco公司计划1995年推出复合材料盘管，法国IFP公司，Aerospatiale公司已研制成复合材料立管。
大直径流送管是盘管的逻辑发展产物。
复合材料在海洋油田应用潜力最大的是高压管型阻塞件。
分为定长的，如钻眼立管，开采立管，阻塞件，截流管路，浇铸件；连续件，如：盘管，流送管，连续管的直径较小，可盘绕起来，用于海底，甚至高度歪斜的井内。
深水中TLP系统给的开采立管，可减小所需的预应力，该管与平台呈刚性连接，免去了昂贵的张紧装置。
法国IFP公司，Aerospatiale公司于1985-1989年间研制成直径为244.4mm,碳纤，玻纤增强的复合材料立管，进行下述实验：静态，疲劳，多轴载荷和破坏评估实验，接着筛选最佳设计，最佳生产工艺。
复合材料海洋油田制品的成型工艺有：缠绕，拉挤，编制，RTM和混杂工艺等。
在美国，挪威等国家复合材料在海洋石油工程领域的研究和应用取得了显著地成果。
深海油气开采是当今世界石油开发的趋势，已经成为世界各国竞争的热点。
我国海洋油气资源开采潜力十分巨大，但与陆地石油勘探相比，我国的深海油气勘探整体上还处于早期阶段，与世界先进国家相比存在较大的差距。
加快深海油气开发已成为我国当前石油战略发展的重要课题。
随着我国石油和天然气资源在陆地及浅海区域的急剧减少，油气田勘探开发已逐渐由近海向深海发展，开采海域深度向1 500 ～3 000m的深水进军，这就给原来适用于浅海海域的钻井平台及其配套装备带来了不可回避的技术难题。
使用传统钢质材料无法有效地解决这些问题，例如，钢材的密度过大，一个1500m水深的钻井平台，其钢制系缆的质量就达6 500t左右，给钻井平台带来极大的载重负荷，增加了平台的建造成本。
此外，钢材在海水中耐腐蚀性差，造成钻井平台的钢制系缆和管道的平均工作寿命仅为2 ～3年。
因此，对于能够承受恶劣海洋环境的轻质高强材料的需求迫在眉睫。
由于碳纤维增强复合材料(CFRP)具有强度大（钢的7 ～9倍）、模量高、耐腐蚀性强、抗疲劳损伤性能优异、易于修补、抗冲击性强、热膨胀系数和导热性低、质量轻又无浮力等诸多优点，是目前最先进的复合材料之一，可被广泛应用于深海石油平台的结构件上，如脐带管加强杆、锚泊系缆、采油立管、柔性立管等方面。
C F RP 制成的系缆可用于开采深度为3 000m以上的深海作业平台，且耐腐蚀性优异，工作寿命可达25年。
可见在深海油气开发领域，尽快研发和产业化应用轻质高强、性能优异的C F R P构件是非常必要的，也是产业急需的。
四．碳纤维复合材料（CFRP）在众多复合材料类型中碳纤维复合材料由于其特有的性能与特点被广泛应用。
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品广泛采用。
据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源海上石油工程等领域将会大规模采用工业级碳纤维。
1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。
中国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。
碳纤维是一种性能优异的新材料，最大的特点就是轻质高强，密度不到钢的1/4，但拉伸强度是普通钢的7～9倍。
碳纤维一般不单独使用，而是作为增强材料，添加到树脂、金属、陶瓷或者是混凝土当中构成复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强树脂。
碳纤维从诞生到现在，已经广泛应用于航空航天、高端工程装备、重大基础建设结构工程、压力容器以及体育休闲用品等领域。
对于一般消费者来说，接触最多的C F R P是其在体育用品上的应用，比如说高尔夫球拍、网球拍等。
碳纤维最早的应用是在航空航天领域，目前大家熟悉的空客350和波音787等机型结构质量的50%已经使用了C F R P。
所以，有时候空客350和波音787也被称为碳纤维飞机。
从力学性能来分，碳纤维一般分为以下几个等级。
如T300级碳纤维，拉伸强度为3 530M Pa，弹性模量为230G P a；T700级碳纤维，拉伸强度是4 900M P a ；T800级碳纤维，拉伸强度达到5 490M P a，弹性模量达到294G P a ；T1000是超高强度碳纤维，拉伸强度更是达到了6 370M P a。
表1是典型的碳纤维系列及其力学性能。
从表1可以看到，碳纤维具备高拉伸强度和高弹性模量，加之较较低的密度，使其比强度和比模量在众多的结构材中独树一帜。
图1和图2分别是碳纤维材料、C F R P与其他材料的比强度及比模量比较。
综上可知，CFRP具有以下特点：首先，它的比强度和比模量非常高，也就是说在同等强度和同等模量的情况下，C F RP具有更轻的质量，这对于深海油气开采来说，是非常值得关注的一个方面。
对比C F R P和深海油气开采中经常使用的合金钢材料，前者的比强度和比模量高出很多倍，如T700C F R P就要比钛合金高出近10倍。
近年来，国际上相关的机构和公司一直在致力于CF RP在深海油气领域的开发应用，已经实现了部分材料的工程化应用。
随着海上油气田开采深度的增加（见图3），对装备所用的材料也提出了新的要求。
例如，当钻井深度在1 500m以下时，可以使用钢材当开采深度达到2 000m时，海水所引起的巨大的张力载荷会导致钢材延伸变形，对一些钢制装备，如立管和系缆，将产生破坏性影响；当开采深度达到4 000m时，部分钢制部件已无法满足性能要求，需要C F R P和钢材并用；当水深到达5 000m，传统的钢制部件已经不能满足使用要求，此时需要大量使用由CFRP制造的装备。
以下简单介绍两个方面。
1.锚泊系统传统的海上油气田生产设备多使用钢材制造，包括将海面平台锚固定到海底的锚泊系缆和连接海底井口到平台的管索系缆。
随着深海油气勘(a)碳纤维加强杆增强的脐带式管缆(b)待施工的脐带管缆图4 集束CFRP 拉挤杆碳纤维杆碳纤维杆束塑料型框管缆外皮图5 CFRP 加强杆增强的脐带管缆结构示意图探开采深度的不断增加，钢制管索系缆的自身质量迫使海上平台漂浮尺寸增大，带来了多种成本消耗。
此外，钢材在海水浸泡下极易腐蚀，工作寿命短，一般仅为2 ～3年，因此需要对管缆进行周期性生产检修和维护。
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。
复合材料工学
复合材料工学摘要：一、复合材料工学简介1.复合材料的定义2.复合材料的发展历程3.复合材料的主要分类二、复合材料的基本性能1.力学性能2.热学性能3.电学性能4.化学性能三、复合材料的制备工艺1.原材料的选择与处理2.复合材料的制备方法3.制备工艺的影响因素四、复合材料的应用领域1.航空航天领域2.汽车制造领域3.建筑行业4.能源行业5.其他领域五、复合材料的发展趋势与挑战1.新型复合材料的研究与发展2.低成本、高效率的制备工艺3.环境友好型复合材料4.跨学科研究与创新正文：复合材料工学是一门研究复合材料的组成、性能、制备工艺及其应用的学科。
复合材料是由两种或两种以上不同功能和性质的材料通过特定的工艺手段组合而成，以实现各种优异性能。
在过去的几十年里，复合材料在各个领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成果。
复合材料的主要分类包括：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料以及它们的复合材料。
每种复合材料都有其独特的性能，可以满足不同领域的需求。
复合材料具有很多优异的性能，如高强度、高刚度、低密度、耐磨、耐腐蚀、导电、导热、电磁屏蔽等。
这些性能使得复合材料在很多领域取代了传统材料，成为现代工程技术的重要组成部分。
复合材料的制备工艺主要包括：熔融法、溶液法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、聚合物固化法等。
这些制备工艺对原材料的选择和处理、设备要求、工艺参数等方面都有严格的要求。
合适的制备工艺可以得到具有理想性能的复合材料。
复合材料在航空航天、汽车制造、建筑、能源等众多领域都有广泛的应用。
如在航空航天领域，复合材料可以用于制造飞机、火箭、卫星等部件，以减轻结构重量、提高燃料效率；在汽车制造领域，复合材料可用于制造车身、底盘等部件，以降低汽车重量、提高燃油经济性；在建筑行业，复合材料可用于制造建筑模板、建筑补强等；在能源行业，复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能电池板等。
尽管复合材料已经取得了显著的成果，但仍面临着许多挑战和发展趋势。
复合材料是什么意思
复合材料是什么意思
复合材料是指由两种以上的不同材料组合而成，其性能比单一材料好的一种新型材料。
根据组合方式的不同，可以分为层状复合材料、颗粒复合材料等。
复合材料结构复杂，可以根据需要进行设计和制造，具有很高的机械性能、物理性能、化学性能和耐腐蚀性能，同时还具有很好的导热、绝缘、声学、热学、光学等特性，是一种理想的结构材料。
复合材料的组成部分主要有增强体和基体。
增强体是指在复合材料中起增强作用的成分，如纤维、颗粒、片、膜等；基体是指增强体所嵌入的材料，如塑料、金属、陶瓷等。
增强体和基体的组合可以根据需要进行选择，以达到最佳的性能要求。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育用品、电子产品等领域。
在航空航天领域，复合材料因其轻质高强、耐腐蚀等优势被广泛应用于飞机、导弹等部件的制造；在汽车领域，复合材料可以减轻车重、提高燃油效率；在建筑领域，复合材料可以提供更好的保温、隔热等性能。
然而，与传统材料相比，复合材料的制造过程更加复杂，成本更高。
同时，复合材料也存在着可回收性、耐久性等方面的问题，需要进一步的研发和改进。
综上所述，复合材料是一种由两种以上不同材料组合而成的新
型材料。
其具备优异的性能和特性，广泛应用于各个领域，但也面临着一些挑战，需要不断地进行研究和改进。
复合材料名词解释
复合材料名词解释复合材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有合成材料和传统材料的特点和优势。
复合材料的优点主要包括轻质、强度高、刚性好、耐腐蚀、耐磨损、导热性能好、成型性好、设计自由度高等。
复合材料由两种或以上的材料组成，其中一种称为基体（matrix），另一种或其他几种材料则是增强体（reinforcement）或填充物。
基体材料的主要作用是提供整体结构的支撑和连续性，而增强体则起到增加复合材料强度和刚性的作用。
常用的基体材料有塑料、树脂、金属等，而增强体则包括纤维、颗粒、薄膜等。
复合材料的制备过程主要包括预制部分、成型部分和固化部分。
在预制部分，根据所需材料和形状，将基体材料和增强材料等按一定比例混合、搅拌、形成复合材料的原料。
在成型部分，将预制的原料放入模具中，常见的成型方式包括压力成型、注塑成型、挤出成型等。
在固化部分，通过热固化或化学反应等方式使复合材料成型，得到最终的复合材料制品。
复合材料具有许多优点。
首先，由于增强体的加入，复合材料具有很高的强度和刚性，远远超过单一材料的强度。
其次，复合材料的密度相对较低，可以做到轻质化，便于携带和使用。
再次，复合材料的导热性能好，具有较高的绝缘性能，可以用于电子、电气和航空航天等领域。
此外，复合材料的耐腐蚀性能好、耐磨损性能好，可以提高材料使用寿命。
最后，由于复合材料可以灵活设计，成型性好，可以根据需要制作出各种形状和尺寸的制品。
复合材料在许多领域有着广泛应用。
在航天航空领域，复合材料被用于飞机、火箭、导弹的制造，可以减轻重量、提高载荷能力和提高耐用性。
在汽车工业中，复合材料被用于汽车车身和零部件的制造，可以减轻整车重量，提高燃油经济性和安全性能。
在建筑领域，复合材料被用于建筑结构、钢材替代、建筑保温材料等，可以提高建筑品质和节能效果。
在体育用品领域，复合材料被用于制作高尔夫球杆、网球拍、滑雪板等，可以提高运动器材的性能。
总之，复合材料是一种由两种或两种以上材料组合而成的材料，具有轻质、强度高、刚性好、耐腐蚀、耐磨损、导热性能好、成型性好、设计自由度高等优点。
复合材料的特点及应用
复合材料的特点及应用复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育器材、电子等领域。
复合材料的特点和应用领域有着极其丰富的内容，以下将详细介绍。
一、复合材料的特点1. 高强度和高刚度：复合材料是由不同材料组合而成，可以充分发挥各材料的优点，因此具有很高的强度和刚度。
相较于传统材料，复合材料的强度可以达到甚至超过金属材料，而密度却较低。
2. 轻量化：由于复合材料的密度较低，本身重量很轻，可以有效降低整体产品的重量，对于航空航天、汽车等领域来说，可以减少燃料消耗、提高载重能力。
3. 耐腐蚀性能：复合材料对化学腐蚀和电化学腐蚀具有很好的抵抗能力，能够在恶劣环境下长时间使用，比如在海水中的应用。
4. 自由设计性：复合材料可以通过改变组合材料的种类、布局和结构，实现对材料性能的调控，从而满足不同工程应用的要求。
5. 热性能和隔热性能：复合材料具有较好的耐高温性能和隔热性能，能够在高温环境下保持稳定性能。
6. 高成型性：复合材料可以通过模压、注塑等成型工艺制成各种复杂形状的产品，成型性能很好，可以满足复杂结构产品的需求。
二、复合材料的应用1. 航空航天领域：复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用，如飞机机身、翼面、动力部件等。
由于其轻量化和高强度的特点，可以有效降低飞机的自重，提高机身结构的强度和刚度，使飞机更节能、更安全。
2. 汽车工业：随着对汽车轻量化和节能化要求的提高，复合材料在汽车制造领域得到了越来越多的应用。
碳纤维复合材料在汽车制造中尤为突出，可以用于汽车车身、悬挂系统、发动机零部件等，能够提高汽车的整体性能和安全性。
3. 建筑领域：复合材料在建筑领域的应用包括建筑结构、装饰材料等，如玻璃钢、碳纤维等材料广泛用于桥梁、楼梯、管道等建筑结构部件中，其轻量化、耐腐蚀和耐久性能得到了充分发挥。
4. 体育器材：复合材料在体育器材领域应用广泛，如高尔夫球杆、网球拍、滑雪板等，这些产品因为采用了复合材料，具有轻量化、高强度和高刚度等优点，在提高运动员表现的也增加了器材的耐用性。
复合材料的定义以及修复的方法
复合材料的定义以及修复的方法复合材料是指由两种或更多种不同性质的材料组合而成的新材料，具有优良的综合性能。
它通常由增强材料和基体材料组成，增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、Kevlar纤维等，而基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等。
由于复合材料具有轻量、高强度、耐腐蚀、设计自由度大等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料与传统材料相比，具有很好的强度和韧性，可以满足不同工程领域的需求。
但是复合材料在使用过程中依然会遭受磕碰、挤压、拉伸等外力的影响，由此导致材料的损伤。
为了延长复合材料的使用寿命和保证其性能，需要进行修复。
复合材料修复常用的方法包括表面修复和结构修复两种。
表面修复是指对复合材料的表面进行简单的修补，一般用于处理轻微的表面划痕、凹坑等情况。
修复过程包括以下步骤：清洁表面、打磨、涂覆填料、光照固化。
需要清洁损坏的表面，清除杂质和油脂，以便填料能够充分粘附。
然后，对受损区域进行打磨处理，以便填料能够充分附着。
接着，涂覆填料，填平损伤表面。
使用紫外线照射或烤箱加热等方法进行固化，使填料与基材紧密结合，完成表面修复。
结构修复是指对复合材料的内部结构进行修复，通常用于处理较为严重的损伤，如层间剥离、穿孔、裂纹等。
结构修复的步骤相对复杂，需要先对损伤部位进行评估，确定损伤的类型和程度。
然后，根据具体情况选择合适的修复方法，如层间剥离可以采用注射修复法，穿孔可以采用布贴修复法，裂纹可以采用层压修复法。
修复过程中需要采用适当的树脂和增强材料，确保修复区域与原材料具有相似的力学性能。
进行固化处理，确保修复部位与基材紧密结合，恢复材料的整体性能。
复合材料的修复方法丰富多样，可以根据具体的损伤情况选择合适的修复策略，保证材料的完整性和性能，延长其使用寿命。
在未来，随着复合材料应用领域的不断扩大和深入，复合材料的修复技术也将不断发展和完善，为各行业提供更可靠、更经济的修复方案。
复合材料的组成及作用基体
层状陶瓷复合材料断口形貌
三明治复
双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 层状结构材料根据材质不同，分别用于飞机制造 、运输及包装等。
有TiN涂层的高尔夫球头
层状复合
铝合金蜂窝夹层板
9.3 复合材料的成型工艺
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础 和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合 材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻 完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基 复合材料的成型方法已有20多种，并成功地 用于工业生产.
2 复合材料的特点
A 组成与结构特点 （1）具有可设计性 （2）组元间有明显界面或 呈梯度变化的多相材料； （3）性能取决于各组分性 能及协同效应。 B 性能特点 比强度高
抗疲劳性能好
耐磨减磨性能高 减震能力强 高温性能好 化学稳定性高
成型工艺简单灵活
复合材料性能不足之处
1、横向拉伸强度和层间剪切强度低。 2、断裂伸长率低，冲击韧性有时不好。 3、制造时产品性能不稳定，分散性大，质 检困难。 4、抗老化性能不好。 5、机械连接困难。 6、成本太高。
9.4 复合材料在设计中的应用
聚合物基纤维增强复合材料 通常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材料 。 这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的提 高，比强度也高得多。
材料种类
环氧树脂 环氧树脂 / E级玻璃纤维
纵向抗拉强 度 MPa
69 1020
纵向弹性模 量 GPa
6.9 45
环氧树脂 / 碳纤维（高弹性） 环氧树脂 / 芳纶纤维（49）
3 复合材料分类
按组成分 ①金属与金属复合材料 ②非金属与金属复合材料 ③非金属与非金属复合材料 按结构特点： ①纤维复合材料 ②夹层复合材料 ③细粒复合材料 ④混杂复合材料
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。
复合材料概论
1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。
2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。
异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。
陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。
在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。
对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。
③基体金属与增强物的相容性。
7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。
《复合材料》PPT课件
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
03
良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。