济南大学复合材料原理第10章汇总

减少电用磁途波对信息 柔隐吸电涉系电的韧身收磁而磁统损磁材或波消波的害体料衰，失对干。、减使或人扰磁入其将体、记射因其健减录的干电康弱 雷磁达能罩转、换天为线其罩他形 屏式蔽的能量。 防静电、开关 压电传感器 高压绝缘 建筑物绝缘 高强、耐热导电材料 锂电池 医用核磁成像技术
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功能特征
主要类型
用途
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10.3.1 聚合物基磁性复合材料
优点：①密度小；②材料机械性能优良，具有很好的冲击强度 和拉伸强度；③加工性能好，既可制备尺寸准确、收缩率低、 壁薄的制品，也可生产1kg以上的大型形状复杂制品，并不需 二次加工，但若需要也可以方便地进行二次加工。
是使人造的机械能够部分地实现诸 如思维、感知、运动和操作等高级 动物功能的仿生技术。功能仿生必 须以结构仿生为基础，在智能机器 人的研究中具有重大意义。
力学仿生
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分类
结构仿生 功能仿生
指模拟生物的各种特点或特性 而进行各种材料开发的仿生技术。 它的研究内容以阐明生物体的材料 构造与形成过程为目标，用生物材 料的观点来考虑材料的设计与制作。
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仿生学是以生物为研究对象，研究生物系统的结构性质、 能量转换和信息过程，并将所获得的知识用来改善现有的 或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的科学， 使生物科学与工程技术相结合的一门综合的边缘学科。
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分类
结构仿生 功能仿生 材料仿生
通过研究生物肌体的构造， 建造类似生物体或其中一 部分的机械装置，通过结 构相似实现功能相近。
电磁波特性复合材料、 磁光复合材料等
兼有磁性功能与 其他功能特性的 的材料
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磁性复合材料
由带有磁性的功能体与基体 经混合、成型、固化而得到。
根据基体类型分类：聚合物基磁性复合材料 金属基磁性复合材料
根据基体相态分类：固体磁性复合材料 液态磁性复合材料
根据磁性功能体的粒径大小分类：普通磁性复合材料 纳米磁性复合材料。
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来源于 原位结晶（in-situ crystallization）和原位聚 合（in-situ polymerization） 的概念。
指材料中的第二相或增强相生成于材料的形成过程之 中，它们不是在材料制备之前就有，而是在材料制备过程 中原位就地产生。
原位生成可以是金属、陶瓷或高分子等物相，它们能 以颗粒、晶须、晶板或微纤等微观组织形式存在于基体中。
X Y X YZ Z
由于两组分的协同作用得到一 种新的热-电导功能复合材料
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机理不清楚，但存在，如彩色胶 片由红、黄、兰三种感光层复合，结 果是五彩缤纷的画面，复合涂层使材 料表面硬度大幅度提高，超过按混合 定则的计算值。说明组成了复合系统 才能出现的现象。
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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。
(1) 组分材料的多重性 功能复合材料是由功能体和基体构成，除了功能体
与基体的相对含量和结合情况对其性能有影响外，功能 体与基体本身的性能对复合材料更有直接影响。
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(2) 材料-结构工艺的同步性 复合材料可靠性存在的问题：材
料特性知识的缺乏；材料性能的分 散性；制备工艺的不稳定性；试验 方法的不完善；统计数据不足；对 复合材料性能随时间变化的规律和 知识掌握不够。
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又称传递特性，交叉耦和效应。
如对材料输入X，材料性能输出为Y，而Y又作为 另外一种材料的输入，另外一种材料产生输出为Z，两 种材料复合得出一种新性能材料。乘积效应对开发新 型功能材料指出了方向，可获得很高的性能，还可创 造出任何单一材料不可能存在的功能效应。
如两种功能材料—热-形变材料 (X/ Y表示)、形变电导材料 (Y/ Z) 究人体结构与精细结构的静 力学性质，以及人体各个组成部分在体 内相对运动和人体运动的动力学性质， 从生物力学角度为疾病的预防、诊断和 治疗及人工器官、医疗康复器械的设计 与研制提供科学根据。
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可靠性：系统或部件在给定的使用期间内，在给定 的环境条件下，能够顺利完成原设计性能的概率。 复合材料既是一种材料，也是一种结构，要提高其 可靠性具有难度：
实验发现增强体的晶形会通过界面 诱导基体结构改变而形成界面层相
两个相邻物体在一定 条件下发生共振。
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功能复合材料的设计思路与结构复合材料基本相同：根 据使用要求选用功能体、基体等原材料，通过一定的复合工 艺制成所需要求的功能复合材料。
设计原则与结构复合材料基本相同： ①首先考虑关键的、主要的性能； ②兼顾其他性能； ③选择性能分散性小的原材料(如功能体、基体等)； ④采取的成型工艺尽可能简单、方便； ⑤经济性合理。
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(1) 应用面宽。根据需要可设计与制备出不同功能的复合 材料，以满足现代科学技术发展的需求。
(2) 研制周期短。 一种结构材料从研究到应用，一般需要10-15 年左石，甚至更长，而功能复合材料的研制 周期要短得多。
(3) 附加值高。单位质量的价格与利润远远高于结构复合材料
(4) 小批量，多品种。功能复合材料很少有大批量， 但品种 需求多。
功能特性
热功能复合材料 摩擦功能复合材料
阻尼功能复合材料
防弹功能复合材料
辐射功能复合材料
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功能复合材料的主要类型
功能特征
主要类型
磁功能 复合材料
导电 复合材料
屏蔽复合材料 吸波复合材料 透波复合材料 聚合物基导电复合材料 本征导电聚合物材料 压电复合材料 陶瓷基导电复合材料 水泥基导电复合材料 金属基导电复合材料 导电纳米复合材料 超导复合材料
用途
结构复合材料
以其力学性能如强度、 刚度、形变等特性为工程 所应用，主要用于结构承 力或维持结构外形。
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁等 物理特性为工程所应用，用于如 绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减 振或热变形等热、声、光、电、 磁的功能要求。
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基体材料(连续相)
组成
粘结、保护纤 维作用，某些 情况下也起功 能作用。
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分子自组装指分子在氢键、静电、 疏水亲脂作用、范德华力等非共价键 弱力推动下，自发地构筑具有特殊结 构和形状的集合体的过程。
产生需要的条件：
(1)自组装的动力：分子间的弱相互作用 力的协同作用，它为分子自组装提供能 量。 (2)自组装的导向作用：分子在空间的互 补性，即要使分子自组装发生就必须在 空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。
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分子自组装体系的分类：
按照分子自组装组分不同可将分子自组装分 为表面活性剂自组装、纳米及微米颗粒自组装及 大分子自组装。
大分子自组装指高聚物或低聚物分子自发地 构筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程。
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表征手段：
固态结构可通过有效的X射线晶体衍射的方法； 红外光谱和X射线光电子能谱来获得组装体系的分 子结构信息；X射线反射可测自组装膜的厚度和粗 糙度；用差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射及极 化光谱来研究自组装体系的热力学性质等。
(5) 适于特殊用途。在不少场合，功能复合材料有着其他材料 无法比拟的使用特性。
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基体不同
功能复合材料
金属基复 合材料
非金属基 复合材料
高聚物基 复合材料
无机非金属基 复合材料
树脂基复 合材料
橡胶基复 合材料
热固性树脂 基复合材料
热塑性树脂 基复合材料
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磁功能复合材料
电功能复合材料
光功能复合材料
功能体(分散相)
复合材料的功能特性 主要由功能体贡献，加入 不同特性的功能体可得到 特性各异的功能复合材料。
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单一功能复合材料中其功能性 质虽然由功能体提供，但基体不仅 起到粘结和赋形作用，同时也会对 复合材料整体的物理性能有影响。
多元功能体的复合材料可以具 有多种功能，同时还有可能由于产 生复合效应而出现新的功能。
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功能复合材料的成型方法与结构复合材料成型方法基本相 同，主要取决于基体。 树脂基功能复合材料以热压成型为主。
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新兴技术
原位复合技术：以材料合成过程于基体中产生弥散相且与 母体有良好相容性、无重复污染为特色。 自蔓延复合技术：以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构 产物为特征。 分子自组装技术：以携带电荷基体通过交替的静电引力来 形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点。 仿生技术、凝胶浇注技术、微波合成与烧结技术等。
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(1) 复合材料各组元 (相) 作用
基体：
① 将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定。 ② 增强材料间传递载荷，并使载荷均匀，自身承受一定载荷。 ③ 保护增强体免受各种损伤。 ④ 很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择。 ⑤ 决定部分性能。
增强体： 主要承受绝大部分载荷、增强、 增韧 功能体： 赋予一定功能 界面相层： 复合材料产生组合力学及其它性能，
复合效应产生的根源。
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界面区域示意图 1-外力场； 2-树脂基体； 3-基体表面区； 4-相互渗透区； 5-增强剂表面区； 6-增强剂
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(2) 复合效应 复合效应表现形式多种多样大致可分为： 线性效应：加和效应、平均效应、相补效应及相抵效应 非线性效应：乘积效应、系统效应、诱导效应及共振效应
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功能复合材料的设计要比结构复合材料的设计复杂 原因：
结构复合材料设计主要考虑的是力学性能，而 力学性能的计算有相当成熟的理论与数学式。功能 复合材料的设计则不同，由于功能特性广，材料的 功能体现不如力学性质简单，没有统一的、成熟的 设计理论，一般只有半经验性的计算公式，给设计 带来很大难度，设计的精度也有影响。
抗辐射 复合材料
防X射线复合材料 防γ射线复合材料 防中子复合材料
防核辐射复合材料
遮阳伞 X射线摄影纱 γ射线防护服 中子辐射防护服 核废料容器