第3章___复合材料的增强材料
复合材料ppt课件
第三章 例：
连续纤维单向增强复合材料，当只采用一种纤维增强时，复合材料 沿纤维方向的拉伸强度可以表示为：
除其优异性能外，复合材料还具有可设计性，可以根据 对材料的性能要求，在基体、增强材料的类型和含量上 进行选择，并进行适当的制备与加工。
第三章 3.5.2 复合材料复合原理
由于复合材料是由两种或两种以上不同的材料组分复合而 成的，除工艺因素外，基体和增强材料的性能必然影响复 合材料的性能。此外增强材料的形状、含量、分布以及与 基体的界面结合、结构也会影响复合材料的性能。
第三章
第三章
在民用工业如机械工业、交通运输、建筑工业以及生物医 学、体育等领域，由于3-73 玻璃钢建筑材料用于上海东方明珠电视塔大堂装潢(左) 复合材料(玻璃钢)制作的渔船 （右）
第三章
复合材料与基体材料相比具有以下优异的性能：
（1）比强度（强度/密度）和比模量（弹性模量/密度）高； （2）抗疲劳性能好； （3）高韧性和抗热冲击性，在PMC和CMC中尤为重要； （4）耐热性高； （5）减振性能好； （6）耐烧蚀性、耐磨损、导电和导热； （7）特殊的光、电、磁性能等。
第三章
颗粒增强复合材料的弹性模量与颗粒体积分量的关系
第三章
混合法则简明表达了复合材料的性能与基体、增强材料性能之间的 关系，但在应用混合法则对复合材料性能进行估算时，由于增强材 料的形状、长径比、分布以及基体与增强材料的结合等因素，还需 要对此进行一定的修正。
增强材料-玻璃纤维
一般：5-10um的纤维作为纺织制品用； 10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤
维毡等较为适宜。
④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低 环境湿度较高时，尤其明显 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使 微裂纹扩展速度加速。
(2)玻璃纤维的弹性 玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率
玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数
3）按纤维性能分类
这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本 身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为：
高强玻璃纤维；
高模量玻璃纤维；
耐高温玻璃纤维；
耐碱玻璃纤维；
耐酸玻璃纤维；
普通玻璃纤维（指无碱及中碱玻璃纤维）；
光学纤维；
低介电常数玻璃纤维；
导电纤维
等
4. 1.2 GF的结构及组成
2. 力学性能 (1) 拉伸强度 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa~100MPa
玻璃纤维强度：2000MPa
几种纤维材料和金属材料的强度
羊毛
亚麻
棉花
生丝
尼龙
高强合 金钢
铝合 金
玻璃
玻璃 纤维
纤维
直径 ~15 (μm)
16~ 50
10~ 20
18 块状
玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使 微裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面较小，使微裂纹 存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。
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。
复合材料导论
第一章 绪论复合材料的定义： 复合材料(Composite materials)，是由界面分明、物理化学性质不同的组分材料，通过物理或化学的方法构成的性能优越的多相材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料应具有以下三个特点：(1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面。
(2)复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。
(3)复合材料具有可设计性。
复合材料的发展现状（1）玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛的应用（2）金属基复合材料 开发阶段 某些结构件的关键部位（3）陶瓷基复合材料及功能复合材料等 尚处于研究阶段 有不少科学技术问题有待解决 复合材料的组成结构特点和分类*细观复合：一种或几种制成细微形状的材料均匀分散于另一种连续材料中宏观复合：两层以上不同材料的叠合,层合复合材料可以是几种单成分材料,也可以细观复合材料细观复合材料的组成结构特点：1基体相（连续相）：Co 包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，作用是粘结保护分散相材料和传递应力2界面：位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域3增强相（分散相）：被基体相包裹分隔，具有比基体相高的模量和强度，起到抵抗变形和破坏的作用 细观复合材料的分类细观复合材料的分类 （按分散相分类)1纤维增强复合材料 (包括连续纤维增强：“纤维的两端达到制成的复合材料构件的边界” 和 短纤维增强："将长纤维或纤维束切断分散于基体中"）2 颗粒增强复合材料 3晶须增强复合材料按连续相分类 非金属基复合材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料碳基复合材料 陶瓷基复合材料 热固性树脂 热塑性树脂第二章复合材料增强体(1.纤维2.颗粒3.晶须)一纤维增强纤维的分类:有机纤维：芳纶纤维聚乙烯纤维尼龙纤维无机纤维：玻璃纤维碳纤维硼纤维氧化铝纤维碳化硅纤维氮化硼纤维纤维增强体的形态复合材料中的纤维连续是合成纤维，是上万跟纤维组成的基本无捻的长丝束/纱，称为粗纱。
第3章基体材料
2.高聚物分子链的结构形态较复杂，按其几何形状可分为线型 结构、支链结构和体型结构。
3.高分子链之间以次价力相互作用，结合成为晶态或非晶态的 结构，并且晶态和非晶态结构可以同时存在于一种高聚物之中。
（二）特点
热固性树脂一般是各向同性的，其最大特点是对热的响 应。它不因加热而熔化，但加热到热变形温度时，热固性树 脂会失去刚性，因此在应用中有上限温度。
热固性树脂——环氧树脂
❖ 环氧树脂——在分子中含有两个或两个以上环氧基团的
一类高聚物的总称。
❖ 环氧基具有极强的化学活泼性，可与多种类型的固化剂
发动速率与切应力之间存在着下列关系：
D=A（σ-σ1）n
树脂的流动速率除与树脂大分子的化学结构、相对分子质量、几何形状有关 外，还与温度、切应力的大小有关。增塑剂的存在也会影响树脂的流动性， 可降低树脂软化温度和黏度。
基体材料的工艺性
四、固化性能
固化指线形树脂在固化剂存在或加热条件下，发生化学反应而转变成不溶、 不熔、具有体形结构的固态树脂的全过程。
五、其他性能
1.黏附性 在基体与纤维表面不发生化学反应的条件下，黏附力的大小取决于树脂的 表面张力及基体对纤维表面的浸润能。另外，还需考虑本身固化时的体积收缩 率，有无小分子放出，断裂伸长率是否与纤维相适宜等。 2.固化收缩率 固化收缩率有体积收缩率和线收缩率。固化收缩包括物理收缩与化学收缩。 环氧树脂固化收缩率小。
2.酚醛多环氧树脂
由环氧氯丙烷与线形酚醛树脂缩聚而成。由于大分子中含有 两个以上的环氧基，主链的刚性较强，树脂固化后产物的交联密 度大，具有良好的耐热性和化学稳定性。
《复合材料》课程笔记
《复合材料》课程笔记第一章：复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代，人们使用天然纤维（如草、木）与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料，例如草绳、土木结构等。
然而，现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代，当时因航空工业的需求，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。
此后，复合材料技术经历了多个发展阶段，包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。
70年代，芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。
这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，形成了各种具有特色的复合材料。
1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。
复合材料具有以下特点：- 重量轻：复合材料通常具有较低的密度，比传统材料轻，有利于减轻结构重量。
例如，碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。
- 强度高：复合材料可以承受较大的力和压力，具有较高的强度和刚度。
例如，碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。
- 加工成型方便：复合材料可以通过各种成型工艺进行加工，如缠绕、喷射、模压等。
这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。
- 弹性优良：复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能，能够吸收能量并减少损伤。
例如，橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。
- 耐化学腐蚀和耐候性好：复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力，适用于恶劣环境下的应用。
例如，聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。
1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能，它们在各个领域得到了广泛的应用。
主要应用领域包括：- 航空航天：飞机、卫星、火箭等结构部件。
复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料，能够提高飞行器的性能和燃油效率。
复合材料PPT
第一章
总 论
1.1 发展概况
1.2 复合材料定义、命名 和分类 1.3 复合材料的基本性能
第一章 总 论
1.1 发展概况
材料发展历史： 石器、铜器、铁器时代等 实现生产、科学目的： 新材料研究 材料科学历史： 四十多年
问 题： （1）复合产物能否为液体或气体？ （2）复合材料是不是只能是一个
连续相与一个分散相的复合？
1.2.2 命名
例：玻璃纤维增强树脂基复合材料命名
玻璃钢 玻纤增强塑料、玻璃塑料、玻璃布 层压板、玻璃纤维复合材料
命名原则：
增强材料+基体材料+复合材料
例：碳纤维环氧树脂复合材料 书写： 碳/环氧复合材料
亚短钢纤维（长度40—60mm) 短钢纤维（长度20—35mm) 超短钢纤维（长度＜15mm)
横截面形状：圆形、矩形截面 钢纤维主要品种：不锈钢、低碳钢
图 15
高架桥
1.3.6 三种复合材料性能比较 （1）使用温度、硬度 使用温度： CMC >MMC > PMC 硬 度: CMC >MMC > PMC
纤维增强树脂基复合材料：
● 基体强韧性降低裂纹扩展速度 ● 纤维对裂纹阻隔作用，使裂纹 尖端变纯或改变方向
裂纹扩展路径曲折、复杂
图12 三种材料疲劳性能比较
1—碳纤维复合材料
3—铝合金
2—玻璃钢
金属疲劳强度=20—50%抗张强度
碳纤维复合材料疲劳强度=
70—80%抗张强度
（3）减振性能好 影响自振频率因素：
1.3.2 聚合物基复合材料及主要性能
复合材料第十三章-金属基复合材料
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
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积层复合材料：由两层或多层不同的层板组成的材 料，根据需要选择不同的层板（金属、非金属）， 使积层复合材料具有多种优异的性能。 混杂复合材料：一种增强体和两种基体；
功能型金属基复合材料： 例如：半导体器件底板受热容易翘曲，使硅片上产生 微裂纹；采用铜和碳纤维复合后，刚性提高，同时调 节了膨胀系数。
大型蓄电池的铅板重、刚性差、容易翘曲；采用铅 和碳纤维复合后，强度和模量提高，同时不容易翘曲。
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增强体的作用： 连续纤维或长纤维增强：
以高性能的纤维为增强体，金属或其合金作为基 体。纤维为承受复合的主要组元，纤维的加入大大改 善了材料的力学性能，也提高了耐热性能。
常用的纤维：硼纤维、碳（石墨）纤维、碳化硅、 氧化硅纤维等。
18
3
连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
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非连续型纤维：短纤维、晶须、颗粒等为增强体。复 合材料的力学性能不及连续纤维增强金属基体复合材 料，但价格便宜。
32
主要控制工艺参数 ① 金属基体熔体的温度应使熔体达到30%~50%固态； ② 搅拌速度应不产生湍流以防止空气裹入，并使熔体中 枝晶破碎形成固态颗粒，降低熔体的粘度，从而有利于增强颗 粒的加入。
由于浇注时金属基复合材料是处于半固态，直接浇注成型 或压铸成型所得的铸件几乎没有缩孔或孔洞，组织细化和致密。
树脂基复合材料课件(四)
4.1 复合材料的结构及复合效应
2. 复合效应——非线性效应
相乘效应—两种具有转换效应的材料复合在一起，即可发生相乘效应， 如将有磁光效应的材料与电磁效应材料复合时，可能会使复 合材料产生电光效应。这种效应可用这样的式子表示： (X/Y)· (Y/Z)=X/Z (X· Y· Z：各种物理参数) 这就是相乘效应的由来。 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 。如结晶的增强纤维可诱导基体结晶或晶型变化。
树脂基复合材料
主要学习的内容：
• 第一章 导论 • 第二章 复合材料的增强原理 • 第三章 树脂基复合材料界面 • 第四章 复合材料的复合效应 • 第五章 树脂基复合材料成型方法
4.1 复合材料的结构及复合效应
1. 结构类型
基体：通常是三维连续物质，即将其它组分相形成整体材料的物质。 分散相：另一个（或几个）以独立的形态分布于整个连续相中的相。
i Vi
（此式即为混合率）
对复合材料而言，属于固有性质的物理量，都应服从混合率。
4.3 复合性质与一般规律
2. 传递性质
• 材料的传递性质是材料在外作用场作用时，表征某通量通过材料阻
力大小的物理量，诸如：导热性质（导热系数）、导电性质（电阻 率）等。 • 该性质本质上表征材料中微粒子的运动状态及通过运动传递能量、 物质的能力。 • 对于复合材料多相体系，由于不同介质的传递性质差异，相结构及 相间边界条件的差异，使传递的路径、速率与均质材料不相同。从 物理角度讲，即使由作用场输入的是一维均匀流，输出的通量仍是 非均匀的杂散流。
4.1 复合材料的结构及复合效应
2. 复合效应——非线性效应
复合材料2
第1章绪论1.复合材料的定义(Composition Materials , Composite)复合材料是由两种或两种以上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。
复合材料=基体(连续相)+增强材料(分散相)分散相是以独立形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒或弥散的填料。
2.复合材料常见分类方法：1）按性能分：常用复合材料、先进复合材料2）按用途分：结构复合材料、功能复合材料3）按复合方式分：宏观复合、微观复合4）按基体材料分：聚合物基、金属基、无机非金属基5）按增强体形式分：纤维增强复合材料、颗粒增强、片材增强、叠层复合3.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？三个结构层次: 一次结构——单层材料——微观力学一次结构二次结构——层合体——宏观力学二次结构三次结构——产品结构——结构力学三次结构设计层次：单层材料设计、铺层设计、结构设计4.复合材料力学主要是在单层板和层合板这两个结构层次上展开的，其研究内容分为微观力学和宏观力学两部分。
第2章复合材料界面和优化设计1.复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观形式复合而成的多相材料。
2.复合材料界面机能：1）传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用2）阻断效应：适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用3）不连续效应：在界面上产生物理性能不连续性和界面摩擦现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等4）散热和吸收效应：5）诱导效应3.界面效应既与界面结合状态、形态和物理、化学性质等相关，也与界面两边组元材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
4.聚合物基复合材料是由增强体与聚合物基体复合而形成的材料。
聚合物基复合材料分类：热塑性、热固性聚合物基复合材料。
热塑性聚合物基复合材料成型两个阶段：①熔体与增强体之间接触和润湿②复合后体系冷却凝固成型。