第四章复合材料的制备-2015分析
高分子纤维复合材料的制备及其力学性能分析研究
高分子纤维复合材料的制备及其力学性能分析研究高分子纤维复合材料是一种经过特殊处理与混合而成的高强度复合材料。
它将高分子材料和聚合物纤维合成一体，从而具有了良好的力学性能和物理化学性质。
本篇文章将介绍高分子纤维复合材料的制备过程及其力学性能分析研究。
一、高分子纤维复合材料的制备过程高分子纤维复合材料的制备过程主要包括以下几个步骤：1.材料准备：选用适当的高分子材料和聚合物纤维，进行预处理，使其成为复合材料的适宜原料。
2.混合：将高分子材料和聚合物纤维混合均匀，使其成为均匀的混合材料。
3.成型：利用成型设备将混合材料塑成所需的形状和尺寸，成型方式有注塑、挤出、压缩成型等多种。
4.固化：将成型后的制品进行固化，加快交联反应，增强其力学性能和物理化学性质。
通过以上步骤，高分子纤维复合材料就制备完成了。
二、高分子纤维复合材料的力学性能分析研究高分子纤维复合材料在制备过程中需要注意力学性能的要求，从而保证其使用时具有足够的强度和韧性。
力学性能分析研究对于确定材料的力学特性、制定生产标准和改进生产工艺具有重要意义。
1.拉伸性能分析拉伸性能是衡量高分子纤维复合材料强度的主要指标之一。
拉伸强度主要与纤维的强度、弹性模量有关。
同时，拉伸过程中断裂形态也能够反映材料的韧性。
实验方法为利用拉伸试验机进行拉伸实验，并分析其拉伸强度、极限伸长率等指标。
拉伸性能的研究可以为材料的强度理论计算和优化提供参考依据。
2.吸水性能分析高分子纤维复合材料吸水性能的优劣直接影响复合材料使用的寿命。
材料吸水后，其力学性能会发生变化，因此需要对吸水性能进行研究。
实验方法为将样品置于水中浸泡一定时间后取出，通过重量差计算吸水率。
同时观察吸水后样品的形变、破坏等现象，分析吸水过程中的物理化学变化。
3.热稳定性分析高分子纤维复合材料的热稳定性能影响其在高温环境中的使用寿命。
需要分析其热降解特性、玻璃化转变温度等指标。
实验方法为通过热分析仪对高分子纤维复合材料进行热重分析、差热分析等，观察其热分解规律和热降解温度等指标。
第四章聚合物基纳米复合材料
第四章聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料指的是由纳米颗粒嵌入到聚合物基质中形成的一种复合材料。
由于纳米颗粒具有特殊的性质和高比表面积，与基质的相互作用使得聚合物基纳米复合材料具有许多优异的性能，包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
这些特性使得聚合物基纳米复合材料在各个领域具有广泛的应用潜力。
聚合物基纳米复合材料的制备通常分为两个步骤：纳米颗粒的合成和复合材料的制备。
首先，纳米颗粒可以通过溶液法、溶胶-凝胶法、气相法和机械法等不同的方法进行合成。
合成的纳米颗粒可以是金属、氧化物、粉末和纳米碳管等。
然后，将合成得到的纳米颗粒与聚合物基质进行混合，通过溶液浸渍法、熔融共混法、热交联法等不同的方法进行复合材料的制备。
聚合物基纳米复合材料具有许多优秀的性能。
首先，由于纳米颗粒的加入，复合材料的力学性能得到了显著的改善。
纳米颗粒可以增加材料的强度、刚度和耐磨性等。
同时，纳米颗粒的高比表面积也有利于聚合物与纳米颗粒之间的相互作用，从而提高材料的耐热性和耐候性。
其次，聚合物基纳米复合材料还具有良好的导电性和光学性能。
纳米颗粒的导电性和光学性质可以直接作用于复合材料，在电子器件、传感器和光学器件等领域具有广泛的应用前景。
另外，纳米颗粒的尺寸和形状也可以对材料的导电性和光学性质进行调控，进一步扩展了材料的应用范围。
此外，聚合物基纳米复合材料还具有良好的阻隔性能和增强效应。
纳米颗粒的加入可以显著提高复合材料对气体、水汽、有机物和防火等有害物质的阻隔能力。
同时，纳米颗粒与聚合物基质之间的相互作用也可以增强复合材料的韧性和断裂韧性，提高材料的耐久性和可靠性。
综上所述，聚合物基纳米复合材料具有多种优异性能，可以应用于材料科学、电子器件、传感器、光学器件、耐热性材料、阻隔材料和增强材料等领域。
随着纳米技术的发展和成熟，聚合物基纳米复合材料将在更多的领域得到广泛应用。
第四章-杂化纳米复合材料【可编辑全文】
此类凝胶经脱液干燥后形成干胶，吸收液体后 又能恢复原状。此过程是可逆的，故又称为可逆 凝胶。
第四章 杂化复合材料
刚性凝胶 大多数为无机凝胶，如SiO2、TiO2、V2O5、
Fe2O3等，常以水为分散体系。 在吸收或释出液体时自身体积变化很小，显示
化学反应的这种特性，会造成复合材料的结构 不均匀、组成分布不均匀等不良现象。
第四章 杂化复合材料
4.4 聚合物溶胶与凝胶
1. 聚合物溶液与胶体体系 聚合物往往呈一定线团状态（大小介于1～
1000nm）分布于分散体系中，其分散体系属于胶体 体系。
聚合物溶胶就是通常意义上的聚合物溶液，是热 力学稳定体系。
第四章 杂化复合材料
聚合物溶胶与凝胶的判断： 若聚合物呈溶解分散状态，聚合物分子链间仅靠 范德华力相互作用缠结，则该体系属于溶胶体系。 聚合物分子链间存在氢键、静电作用等准化学键， 构成交联聚合物，形成分散体系中具有一定立体 构造的骨架分子结构，则该分散体系属于凝胶体 系。
第四章 杂化复合材料
聚合物溶液与普通胶体的异同点： 同：分散相胶粒的大小相当、扩散速率缓慢、都 不能透过半透膜等；
有学者研究发现SARS病毒还通过空气污染物气溶 胶颗粒这一载体，在空气中作中距离传播。
第四章 杂化复合材料
2. 溶胶的主要研究领域 ①分子溶胶（亲液溶胶）
聚合物在溶液中呈分子无规线团状态存在，线 团与溶剂之间没有清晰的界面。溶解分散过程是 一个自发过程，整个体系是热力学稳定体系。分 子溶胶在纳米材料和杂化纳米复合材料的制备中 应用较广泛。
异：①聚合物能够自动溶解在溶剂中，胶体粒子 不能；②聚合物溶液是均相体系，没有明显界面， 属于热力学稳定体系。溶胶是多项体系，为热力 学不稳定体系；③聚合物溶液的粘度比溶胶的粘 度大得多；聚合物溶液的丁达尔效应很弱而溶胶 的很强等。
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。
功能复合材料的制备与性能研究
功能复合材料的制备与性能研究1. 引言功能复合材料是一类具有特殊性能和广泛应用前景的新材料，其制备与性能研究一直备受学术界和工业界的关注。
本文将分析功能复合材料的制备方法以及对其性能进行研究的重要性。
2. 准备方法功能复合材料的制备通常涉及两个关键步骤：填充材料的选择和基体材料的制备。
填充材料通常是纳米级或微米级材料，如纳米颗粒、碳纳米管、金属氧化物等。
这些填充材料的选择取决于所需的性能和应用场景。
基体材料可以是塑料、陶瓷或金属等，其选择与填充材料的相容性以及最终产品的功能有关。
3. 填充材料的表征方法功能复合材料的性能研究离不开对填充材料的表征。
常见的表征方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱等。
这些表征方法可以提供填充材料的形貌、结构、晶体相和化学组成等信息，有助于深入理解复合材料的性能。
4. 功能复合材料的性能研究功能复合材料的性能研究是评估其在实际应用中的性能和可行性的重要步骤。
常见的性能指标包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能可以通过拉伸试验、硬度测试等来评估，热学性能可以通过热膨胀系数、导热系数等参数来表征，电学性能可以通过电阻率、电导率等指标来判断。
这些性能指标的研究可以提供科学依据，指导复合材料的合理设计和加工。
5. 功能复合材料的应用前景功能复合材料具有广泛的应用前景，在诸多领域都有潜在的应用价值。
以汽车行业为例，功能复合材料可以应用于车身结构、发动机部件、悬挂系统等，以提高整车的强度、降低重量、提升燃油效率等。
此外，功能复合材料在航空航天、电子器件、能源储存等领域也有诸多应用。
深入研究功能复合材料的制备和性能可以进一步拓宽其应用领域，推动科技发展。
6. 结论功能复合材料的制备与性能研究是当今材料科学研究的热点之一。
通过选择合适的填充材料和基体材料，并对其进行准确表征和细致性能研究，可以提高功能复合材料的综合性能，为其广泛应用打下基础。
复合材料的制备及其力学性能分析
复合材料的制备及其力学性能分析复合材料是由两种或多种不同材料复合而成的一种新型材料，其在功能性、性能和应用领域等方面有着比普通材料更优异的特性。
本文将探讨复合材料的制备方法、特性以及力学性能分析等方面的内容。
一、复合材料的制备方法复合材料的制备方法有很多种，其中最常用的是悬浮液法、热压法和注塑法。
1.悬浮液法悬浮液法是将各种不同材料制成悬浮液，用模具将其加工成所需的形状和尺寸后，再通过极化等方式加固，最后制成复合材料。
2.热压法热压法是将各种不同材料制成薄片或其他形状，在加热的同时进行压力加工，使其结合在一起成为复合材料。
3.注塑法注塑法是将各种不同材料加热熔化，通过注射机器将其注入到模具中进行加工成所需的形状和尺寸，然后再进行加固，最终制成复合材料。
二、复合材料的特性复合材料有着众多的特性，使得其在许多领域有着广泛的应用。
以下是复合材料的几个常见特性。
1.轻质复合材料由不同材料复合而成，因此相比于常规材料，它们通常更轻。
2.高强度由于有多种材料互相弥补不足，复合材料的强度通常比常规材料更高。
3.防腐蚀在某些情况下，使用单个材料制作的物品可能会被腐蚀，而复合材料由多种材料复合而成，因此具有更好的防腐蚀性能。
4.隔热由于复合材料中的材料可以互相隔离，因此复合材料通常具有隔热性能。
三、力学性能分析复合材料在制备时不仅要考虑其具有的特性，还要考虑其力学性能。
以下是复合材料的几个常见力学性能指标。
1.应力-应变曲线应力-应变曲线是复合材料的一项重要指标，可以反映其性能和强度。
2.刚度刚度是物体承受外力时保持形状和大小不变的能力。
复合材料在不同方向的应变下，其刚度也会有差异。
3.屈服强度屈服强度是指在应力作用下，物体的形状开始发生变化时必须承受的最大应力。
4.断裂强度断裂强度是指物体无法承受更大应力而发生断裂时所需要承受的最大应力。
四、总结复合材料具有轻质、高强度、防腐蚀、隔热等特性，常用的制备方法有悬浮液法、热压法和注塑法。
复合材料的制备和性能分析
复合材料的制备和性能分析随着科技的发展和人们对材料性能需求的提高，复合材料越来越广泛地被应用到多个领域，例如航空、汽车、建筑、体育用品等。
本文将介绍复合材料的制备方法和性能分析。
一、复合材料的制备方法复合材料是由两种或两种以上的材料组成的，以得到一种具备优良性能的材料。
根据不同组合方式，制备方法主要分为以下两种：1.层压法制备复合材料层压法是一种制备复合材料的常用方法。
主要是将不同性质的材料按一定规格堆叠起来，加压高温处理，使之成为一个整体。
在制备过程中，需要注意堆叠的厚度和材料的摆放方向，以及加压和加热时间的控制等。
2.浸渍法制备复合材料浸渍法主要是将纤维材料浸泡在树脂中，再加压高温处理，以得到一个外观光滑、具有优良物理力学性能的复合材料。
在制备过程中，需要注意纤维的选材和密度、树脂的性质选择以及浸渍时间、加压温度等制造工艺。
二、复合材料性能分析复合材料的性能主要取决于其组成材料的性质和制作工艺。
下面将从强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等方面进行分析：1.强度复合材料的强度主要来自于其纤维材料的拉伸强度，而不是树脂材料。
纤维材料中通常采用的有碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维等。
在制备过程中，需要注意纤维的数量、排列方式和使用规格。
2.刚度复合材料的刚度是指其抵御外界变形作用的能力。
通常来说，复合材料的刚度比较高。
在制备过程中，需要注意纤维材料的排列方式和密度，同时也需要对树脂材料进行一定的调整。
3.耐热性复合材料的耐热性取决于其纤维材料的耐热性以及树脂材料的热稳定性。
在制备过程中，需要注意纤维材料的选用，同时也需要选用具有较高热稳定性的树脂材料。
4.耐腐蚀性复合材料的耐腐蚀性通常比较好，但也受到其组成材料的影响。
树脂材料通常比较容易受到腐蚀，而纤维材料的耐腐蚀性较好。
三、总结复合材料具有优异的综合性能，但也存在制作工艺复杂、成本高等问题。
在复合材料的制备过程中，需要对组成材料的选择以及制备工艺等进行适当控制，以得到具有良好性能的复合材料。
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析聚合物纳米复合材料是一种具有很高应用价值的新型材料，它可以将不同材料的优点融合在一起，从而得到更好的性能表现。
在这篇文章中，我们将详细介绍聚合物纳米复合材料的制备方法和力学性能分析。
一、聚合物纳米复合材料的制备聚合物纳米复合材料的制备方法有很多，其中最常见的是溶液共混法和原位聚合法。
1. 溶液共混法：这种方法的原理是将纳米颗粒和聚合物放入同一溶剂中，经过搅拌和混合，使颗粒和聚合物相互溶解，最终形成聚合物纳米复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较均匀的颗粒分布和较好的机械性能。
2. 原位聚合法：这种方法的原理是将聚合物的原料和纳米颗粒放在一起进行反应，通过化学反应的过程将聚合物和纳米颗粒形成复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较强的化学结合力和良好的加工性能。
二、聚合物纳米复合材料的力学性能分析聚合物纳米复合材料的力学性能是其最重要的性能之一。
力学性能的好坏直接影响着材料的实际应用效果。
聚合物纳米复合材料的力学性能分析可以通过以下两种方法来进行。
1. 材料力学性能测试：通过拉伸、弯曲、压缩等测试方式，可以得到聚合物纳米复合材料的机械性能指标，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
这些指标能够反映聚合物纳米复合材料的材料硬度、强度和耐久性等方面的实际表现。
2. 材料结构分析：通过扫描电镜、X射线衍射等实验手段，可以深入分析聚合物纳米复合材料的微观结构和晶体结构，得到材料的物理结构参数，比如晶格常数、结晶度等。
这些物理结构参数与材料的力学性能密切相关，能够帮助提高聚合物纳米复合材料的性能和制备工艺。
三、聚合物纳米复合材料的应用前景聚合物纳米复合材料具有很广阔的应用前景，在汽车、航空、电子等领域都有着广泛的应用。
在汽车领域中，利用聚合物纳米复合材料可以制造更轻、更坚固和更节能的汽车结构材料；在航空领域中，将聚合物纳米复合材料应用于飞机轻量化上，可以有效提高飞机性能和降低油耗；在电子领域中，聚合物纳米复合材料可用于制备导电材料、透明材料等，为电子器件的制造提供重要的支持。
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b
是未加相容剂的玻纤增强体系。
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Figure Microstructure of an aluminum casting alloy reinforced with silicon carbide particles. In this case, the reinforcing particles have segregated to interdendritic regions of the casting ( 125). (Courtesy of David Kennedy, Lester B. Knight Cost Metals Inc.)
金属基复合材料的主要性能
• (1)高比强度、比模量
• (2)导热、导电性能
• (3)热膨胀系数小、尺寸稳定性好
• (4)良好的高温性能
• (5)耐磨性好
• (6)良好的疲劳性能和断裂韧性
• (7)不吸潮、不老化、气密性好
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陶瓷基复合材料的主要性能
• 陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、 抗氧化，高温下抗磨损性好、耐化学腐 蚀性优良，热膨胀系数和相对密度较小， 这些优异的性能是一般常用金属材料、 高分子材料及其复合材料所不具备的优 异性能，但陶瓷材料抗弯强度不高，断 裂韧性低，限制了其作为结构材料使用。 当用高强度、高模量的纤维或晶须增强 后，其高温强度和韧性可大幅度提高。
• 1.颗粒应高度均匀弥散分布在基体中。 • 2. 颗粒大小应适当。一般几微米到几十 微米，过大易裂，过小起不到强化作用。
• 3. 颗粒的体积含量应在20％以上，否则 达不到强化效果。 • 4. 颗粒与基体之间有一定的结合强度。
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结构复合材料主要作为承力结构
使用的材料
由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、 陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、 织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结 增强体成为整体材料同时又起传力作用 的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻 璃、碳和水泥等）构成。
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复合材料的复合原则与性能
基体材料和增强相的类型和性质及两 者之间的结合力，决定其性能，增强相 的形状、数量、分布及制备过程等也影 响其性能。
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一、增强机制
• (1)颗粒增强复合材料 • • (2)纤维增强复合材料 • • (3)晶须增强复合材料
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二、复合原则
• ※ 纤维增强复合原则
•
• • • •
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2500目CaCO3粒子/PP 1250目CaCO3粒子/PP
试样的冲击试样的断口扫描电镜的背散射电子图像
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GF/CF不同的纤维种类
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Composite materials configurations Materials: Glass/carbon/aramid fibres with thermoset/thermoplastic resins Architecture: Unidirectional tapes, woven, braided, chopped strand mat, pultruded, filament wound, RTM, injection moulded//.../ 24 composites01.shtml
第四章 复合材料的制备
四川大学材料科学与工程学院
周大利
• 复合材料(Composite)
复合材料是由两种或多种性质不同的 材料通过物理和化学复合，组成具有两个 或两个以上相态结构的材料。该类材料不 仅性能优于组成中的任意一个单独的材料， 而且还可具有组分单独不具有的独特性能。
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复合材料的组成
基体
金属基复合材料MMC （如纤维增强金属， Metal Matrix Composite）
陶瓷基复合材料CMC （如钢筋混凝土、 纤维增强陶瓷，Ceramic Matrix Composite）
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• 按增强材料分类： • 纤维增强复合材料（连续纤维增强 复合材料、短纤维或晶须增强纤维）： • 纤维增强橡胶（轮胎）、纤维增强塑料 （玻璃钢、碳纤维增强塑料）、纤维增 强陶瓷、纤维增强金属（碳纤维/铝锡合 金）等。 • 颗粒增强复合材料：陶瓷颗粒---金属基（硬质合金），金属颗粒----塑 料基等。 • 6
17
•
未来复合材料的研究方向主 要集中在纳米复合材料、仿生复 合材料和发展多功能、机敏、天 然复合材料等领域。
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（a）是加入MPP相 容剂的玻纤增强体 系，( a）中玻璃 纤维与基体的结合 较好，纤维拔出较 少.
a、是玻纤增强PP的冲击试样的断口扫描电镜照片
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从中可以看出，而 （ b ）中有大量的玻 纤从基体中拔出，证 明与基体的粘接性较 差，因而体系的力学 性能不高。
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结构材料通常按基体的不同分 为聚合物基复合材料、金属基复合 材料、陶瓷基复合材料、碳基复合 材料和水泥基复合材料等。
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功能材料
是指除力学性能以外还提供其它物理、化 学、生物等性能的复合材料。
• 包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致 变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁 多的复合材料，具有广阔的发展前途。 未 来的功能复合材料比重将超过结构复合材 料，成为复合材料发展的主流。
•
叠层复合材料：如双金属板， 夹层玻璃，多层板等。 • 夹层结构复合材料：如多孔 性铁基和青铜基自润滑衬套。
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复合材料特点
• (l)可综合发挥各种组成材料的优点，使一种 材料具有多种性能，具有天然材料所没有的 性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料， 既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电 性能和耐腐蚀性能。 • (2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和 制造，例如，针对方向性材料强度的设计， 针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。 • (3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多 次加工工序，例如，可避免金属产品的铸模、 8 切削、磨光等工序。
Matrix
增强体
Reinforcement
界面
Interface
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复合材料分类
1.复合材料按用途分为： 结构复合材料：通பைடு நூலகம்复合，显著改善材料 的机械性能，主要用于结构零件。 功能复合材料：通过复合，显著改善材料 的其他性能，形成多功能材料。 2.按基体类型分为 树脂基复合材料RMC（如玻璃钢，Resin Matrix Composite）,也称纤维增强塑料 （Fiber Reinforced Plastics） ；橡胶基复 4 合材料（如轮胎）
1.纤维增强相是承载体，要求高的强度、弹 性模量、热稳定性。
2. 基体起粘结剂作用，要求润湿性(对纤维)、 塑性和韧性及保护不损伤表面性。 3. 纤维和基体之间高而适合的结合强度。过 低的结合强度易裂，过高易脆断。 4. 纤维增强相有合理的含量、尺寸和分布。 5. 纤维和基体间不能有化学反应。
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• ※ 细粒增强复合原则