第四章 复合材料的增强材料
(完整word版)玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备
综合实验研究玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备院系：航空航天工程学部专业：高分子材料与工程专业指导教师：于祺学生姓名：王娜目录第1章概述1.1 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的研究现状 1.2 本次试验的目的及方法第2章手糊法制备玻纤/环氧树脂复合材料2.1实验原料2.1.1环氧树脂2.1.2玻璃纤维2.1.3咪唑固化剂2.1.4活性稀释剂2.2手糊成型简介2.4实验部分2.4.1实验仪器2.4.2实验步骤第3章力学性能测试3.1剪切强度3.2弯曲强度3.3实验数据的分析3.3.1 浸胶的用量及均匀度3.3.2 固化时间与温度的影响3.3.3 活性稀释剂的用量第4章结论与展望4.1结论与展望参考文献第1章概述1.1 玻璃纤维增强环氧树脂复材的研究现状EP/玻璃纤维(GF)复合材料是目前研究比较成熟、应用最广的一种复合材料。
EP/GF复合材料具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、加工成型简便、生产效率高等特点,并具有材料可设计性及特殊的功能性如屏蔽电磁波、消音等特点,现已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法代替的重要材料。
且复合材料的研究水平已成为一个国家或地区科技经济水平的标准之一。
目前美，日，西欧的水平较高，北美，欧洲，日本的产量分别占33%，32%，30%。
毋庸置疑，EP/玻璃纤维(GF)复合材料的质量轻，高强度等优于金属的特性，会在某些领域更广泛的使用，目前复材的粘接性能与力学性能成为主要的研究方面。
目前主要的成型方法有手糊成型，缠绕成型，热压管成型，RTM成型，拉挤成型。
1.2 本次试验的目的及方法实验由学生自行设计采用一种固化体系，用手糊成型方法制备EP/玻璃纤维(GF)复合材料，再测量材料的力学性能如，弯曲，剪切。
目的在于1，了解材料科学实验所涉及到的设备的基本使用。
2，掌握环氧树脂固化体系的配置及设计。
3，对手糊成型操作了解，及查找文献完成论文的能力。
聚合物基复合材料 知识点总结
第二章增强材料1.增强材料的品种：1）无机纤维：（1）玻璃纤维（2）碳纤维：①聚丙烯腈碳纤维②沥青基碳纤维（3）硼纤维，（4）碳化硅纤维，（5）氧化铝纤维2）有机纤维：（1）刚性分子链——液晶（干喷湿纺）：①对位芳酰胺②聚苯并噁唑③聚芳酯（2）柔性分子链：①聚乙烯②聚乙烯醇2.玻璃纤维的分类：1）按化学组成份：有碱玻璃纤维，碱金属含量>12%；中碱玻璃纤维，碱金属含量6%~12%；低碱玻璃纤维，碱金属含量2%~6%；微碱玻璃纤维，碱金属含量<2%2）按纤维使用特性分：普通玻纤（A-GF）；电工玻纤（E玻纤）；高强玻纤（S玻纤或R玻纤）；高模玻纤（M-GF）；耐化学药品玻纤（C玻纤）……3）按产品特点分：长度（定长玻纤<6-50mm>，连续玻纤）；直径（粗纤维30μm，初级纤维20μm，中级纤维10-20μm，高级纤维3-9μm）；外观（连续纤维，短切纤维，空心玻纤，磨细纤维和玻璃粉）3.玻璃纤维的制备：目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法（玻璃球法）和池窑拉丝法（直接熔融法）4.玻璃纤维的力学特性：1）玻璃纤维的拉伸应力--应变关系：玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段，呈脆性材料特征2）玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低；解释：（1）Griffith微裂纹理论：玻璃在制造过程中引入许多微裂纹，受力后裂纹尖端应力集中。
当应力达到一定值时，裂纹扩展，材料破坏。
所以，缺陷尺寸越大，越多，应力集中越严重，导致强度越低（2）分子取向理论：玻纤在制备过程中，受到定向牵引力作用，分子排列更规整，所以玻纤强度更大。
3）玻璃纤维强度特点：单丝直径越小，拉伸强度σb越高；试样测试段长度L越大，拉伸强度σb越低。
这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应，即体积或尺寸越大，测试的强度越低4）缺点：①强度分散性大，生产工艺影响②强度受湿度影响，吸水后，湿态强度下降③拉伸模量较低（70GPa），断裂伸长率约为2.6%5.玻璃纤维纱的常用术语、参数：（填空）1）原纱：指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱2）表示纤维粗细的指标：①支数β：指1g原纱的长度(m)，支数越大表示原纱越细②特(tex)：指1000m长原纱的质量(g)，tex数越大，纱越粗③旦、袋(den)：指9000m长原纱的质量(g)，den 数越大纱越粗3）捻度：表示纱的加捻程度，指每米长原纱的加捻数，即捻/m。
《复合材料结构设计》PPT课件
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键Байду номын сангаас
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公
差，以防按键手感不良。
§4.3 层合板与层合件设计
4.3.4 变厚度层合板设计
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§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.2 设计许用值的定义与确定原则
金属材料设计许用值以应力表示，称设计许用应力 ；复合材料 结构的设计许用值选择应变，称设计许用应变。
确定设计许用值的一般原则： ★ 结构的拉伸设计许用值主要取决于含孔试样的许用值，结
构的压缩设计许用值主要取决于含冲击损伤试样的许用值。 ★ 薄蒙皮或薄面板蜂窝夹层结构设计许用值的确定，还需根
§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破 坏模式与设计 准则
（1）夹层结构破坏模式
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§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破坏模式与设计准则
（2）夹层结构设计准则
◆ 在设计载荷下，面板的面内应力应小于材料强度，或在设计载荷下，面 板应变小于设计许用应变；
◆ 芯子应有足够的厚度（高度）及刚度 ； ◆ 芯子应有足够的弹性模量和平压强度，以及足够的芯子与面板平拉强度； ◆ 面板应足够厚，蜂窝芯格尺寸应合理； ◆ 应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷； ◆ 胶粘剂必须具有足够的胶接强度，同时还要考虑耐环境性能和老化性能； ◆ 碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题； ◆ 对雷达罩等有特殊要求的夹层结构，面板、芯子和胶粘剂选择必须考虑 电性能、阻燃、毒性和烟雾等特殊设计要求。
氧化铝复合材料的结构与性能分析
氧化铝复合材料的结构与性能分析第一章引言氧化铝复合材料是由氧化铝和其它材料经过特定工艺进行结合制备而成的一种新型材料。
在材料科学领域有广泛的应用，特别是在航空、航天、电子、包装等领域有着广泛的应用前景。
本文将对氧化铝复合材料的结构与性能进行分析。
第二章氧化铝复合材料的结构氧化铝复合材料的结构可以根据加入的复合材料类型而分为氧化铝基体和复合材料增强层两部分。
其中，氧化铝基体是氧化铝的基本材料，增强层则可以是纤维增强材料、陶瓷增强材料或金属增强材料等。
2.1 氧化铝基体氧化铝基体是氧化铝复合材料中占比最大的部分，其对整个复合材料结构和性能的影响很大。
从微观结构上看，氧化铝基体由高纯度的氧化铝纳米颗粒组成，粒径分布在10~200 nm之间。
因为粒度较小，氧化铝基体的晶粒间界面面积较大，界面活性较强，从而增强了氧化铝基体的韧性和强度。
2.2 增强层氧化铝复合材料的增强层可以是纤维增强材料、陶瓷增强材料或金属增强材料等。
纤维增强材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
陶瓷增强材料主要包括碳化硅、氮化硅、碳化硼等。
金属增强材料主要包括钎料、钢网等。
增强层的选择应该根据氧化铝复合材料的使用环境和工作条件来确定。
第三章氧化铝复合材料的性能氧化铝复合材料的性能主要包括力学性能、热物性能、化学性能和耐磨性能等。
3.1 力学性能氧化铝复合材料的力学性能可以通过强度、硬度、韧性等指标来评价。
氧化铝复合材料的强度和硬度主要取决于氧化铝基体的性质和增强层的选择。
一般来说，采用陶瓷增强材料或金属增强材料的氧化铝复合材料具有较高的强度和硬度。
而对于韧性指标，则可以通过检测氧化铝复合材料的断裂韧度、冲击韧性等指标来评价。
3.2 热物性能氧化铝复合材料在高温和低温下的性能是制约其应用的重要因素之一。
热物性能主要包括热膨胀系数、热导率和热稳定性等指标。
由于氧化铝基体具有较好的高温稳定性和抗热震性能，因此氧化铝复合材料通常具有较好的高温性能。
第四章第二节金属基复合材料(MMC)制备工艺
8.3.3液态法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺） （1）压铸法
在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填 压铸模型腔或增强材料预制体的空隙中，在压力下快速凝固 成型。
（2）半固态复合铸造 将颗粒加入半固态的金属熔体中，通过搅拌使颗粒在基
体中分布均匀，并取得良好的界面结合，然后将半固态复合 材料注入模具进行压铸成型。
1.3.4 原位（In situ）生长（复合）法 增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定
性好，不存在基体与增强相之间的认识润湿和界面反 应等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界 面相容性问题。
（1）共晶合金定向凝固 ：共晶合金定向凝固要求合 金成分为共晶或接近共晶成分，开始为二元合金，后 发展为三元单变共晶，以及有包晶或偏晶反应的两相 结合。定向凝固时，参与共晶反应的 和 相同时从 液相中生成，其中一相以棒状（纤维状）或层片状规 则排列生成（上图）。
金属基复合材料的界面优化以及界面设计一般有以下 几种途径：
2.4.2.1增强剂的表面改性处理 增强材料的表面改性（涂层）处理可起到以下作用：
（1）改善增强剂的力学性能，保护增强剂的外来物理 和化学损伤（保护层）；
（2）改善增强剂与基体的润湿性和粘着性（润湿层）； （3）防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应(阻挡层) （4）减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的
2.4.2.2金属基体改性（添加微量合金元素） 在金属基体中添加某些微量合金元素以改善增
与基体的润湿性或有效控制界面反应。 （1）控制界面反应。 （2）增加基体合金的流动性，降低复合材料的制备
温度和时间。 （3）改善增强剂与基体的润湿性。
2.4.3金属基复合材料的性能
复合材料
复合材料概论
复合材料概论第一章总论1.复合材料的定义答：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分（或称组元）材料通过人工复合组合而成的多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
它既保持了原组分的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。
2.复合材料的发展进程(四代的发展)答：第一代复合材料（玻璃纤维增强塑料）第二代复合材料(碳纤维增强塑料)第三代复合材料（纤维增强金属基复合材料）第四代复合材料（多功能复合材料）3.复合材料的特点答：a.复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的b.复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）c.组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）.d.复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料e.复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。
复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的。
4.复合材料结构及分类答：(1)复合材料是由基体相、增强相和界面组成。
这三相的结构与性质、它们的配置方式和相互作用以及相对含量决定了复合材料的性能。
(2)5.相关符号的代表意义答：MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep) 表示玻璃纤维/环氧第二章1.复合材料中基体的作用答：1.将纤维粘合为整体并使纤维固定，在纤维间传递载荷，并是载荷均衡；2.决定复合材料的一些性能，如高温使用性能、层间剪切性能、耐介质性能（耐水、耐化学性能）等；3.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；4.保护纤维免受各种损伤。
2.金属基体选择遵循原则答:（1）金属基复合材料的使用要求（2）金属基复合材料组成特点（3）基体金属与增强物的相容性3.常见金属基体的类型答:（1）结构用金属基复合材料的基体a.用于450 ︒C以下的轻金属基体b.用于450-700 ︒C的复合材料的金属基体c.用于1000 ︒C以上的高温复合材料的金属基体（2）功能用金属基复合材料的基体。
复合材料的原理
复合材料的原理
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的，以达到优化特定性能的目的。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 分散增强原理：通过将纤维、颗粒或片材等增强材料分散在基体材料中，使增强材料能够有效地分担载荷并提高强度和刚度。
增强材料的分散能够有效地抵抗裂纹扩展，提高材料的断裂韧性。
2. 耦合增强原理：当不同材料的力学性能和热胀系数等性质相近时，通过耦合增强的原理，可以使各种组分之间紧密结合，共同发挥作用。
这种耦合增强既提高了材料的强度和刚度，又提高了材料的耐热性和耐磨性等性能。
3. 界面改性原理：在复合材料的界面处，通过改性处理，能够提高不同材料之间的结合强度和界面性能。
界面改性既可以通过化学方法，如表面处理、涂覆等手段实现，也可以通过物理方法，如填充剂、粘接剂等手段实现。
4. 各向异性设计原理：复合材料的各向异性是指在不同方向上具有不同的力学性能。
通过设计合适的纤维布局、层序和材料配比等参数，可以实现复合材料在不同方向上的性能优化，使其在特定方向上具有较高的强度和刚度，从而提高材料的应用性能。
通过以上原理的综合应用，复合材料可以具有较高的强度、刚
度、韧性、耐热性和耐腐蚀性等优良性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
高中数学《第四章元素与材料世界3、复合材料》25PPT课件 一等奖比赛优质课
4-3.复合材料【教学目标】1.了解常见的复合材料及其用途【引入】1.前面我们学习了金属材料、无机非金属材料、有机合成材料,请指出我们日常生活用品分别用什么材料制造的?2.那么这些材料是否已能完全满足人们生活的需要呢?3.运动员在撑杆跳项目中使用的撑杆极富弹性,这三种材料能满足要求吗?4.“神州五号”载人飞船穿过大气层时,外壳和大气层摩擦产生几千摄氏度的高温,这些材料又能否经受这种考验而使飞船安然无恙?一、认识复合材料1、传统无机非金属材料的基本特征_________、_________、___________,新型无机非金属材料则具有_______._________。
金属材料分为__________.______________两大类。
复合材料1、定义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。
一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在综合性能上超过了单一材料。
2、组成：复合材料有两部分组成，一部分为起黏结作用；另一部分称为，起骨架作用。
二、形形色色的复合材料1、复合材料的分类按基体分类：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料按增强体形状分类：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维增强复合材料2、几种复合材料的比较复合材料基体增强体主要性质玻璃钢合成树脂玻璃纤维强度高，密度小，耐化学腐蚀，绝缘性和机械加工性能好碳纤维增强复合材料合成树脂碳纤维韧性好，强度高，质轻航空复合材料金属最广泛的是碳纤维，还有硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐高温，强度高，导电性好，不吸湿和不易老化航天复合材料陶瓷多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维耐高温，韧性强例1：复合材料的使用使导弹的射程有了很大提高，其主要原因在于（）A、复合材料的使用可以使导弹能承受超高温的变化B、复合材料的使用可以使导弹的质量减轻C、复合材料的使用可以使导弹承受超强度的改变D、复合材料的使用可以使导弹承受温度剧烈变化例2、复合材料的优点是（）①强度高②质量轻③耐高温④耐腐蚀A、仅①④B、仅②③C、除③外D、①②③④例3、高温结构陶瓷优于金属材料的主要之点是（）A、耐高温、耐腐蚀，不怕氧化B、密度小，硬度大C、韧性好，易于切削、锻打、拉伸D、良好的传热导电性【巩固练习】1、在自然界中以游离态存在的金属是（）A．铁B．金C．钠D．铝2、下列金属中属于黑色金属的是（）A．铁B．金C．银D．铜3、下列金属中不属于货币金属的是（）A．铁B．金C．银D．铜4、下列说法不正确的是（）A．大量使用的不是纯金属而是它们的合金B．目前已制得的纯金属只有90多种，但制得的合金已达几千种C．钢是最纯的铁D．废弃铝质包装既浪费金属材料又造成环境污染5、关于合金性质的说法中，错误的是（）A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低C．合金的物理性质一般与其各成分金属的的物理性质不同D．合金的化学性质一般与其各成分金属的的化学性质不同6、下列关于合金的叙述中，不正确的是（）A．合金的熔点一般比它的各成分金属的熔点低B．合金的硬度一般比它的各成分金属的大C．合金的性质一般是各成分金属性质的总和D．铝合金在工业上的用途比纯铝更广7、现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝制造。
机械工程材料沈莲习题答案
机械工程材料沈莲习题答案机械工程材料沈莲习题答案机械工程材料是机械工程学科中的一门重要课程，它涉及到机械材料的性能、结构和应用等方面的知识。
而沈莲习题是机械工程材料课程中常见的练习题，通过解答这些习题，可以帮助学生巩固和应用所学的知识。
下面将根据不同章节的习题，给出相应的答案和解析。
第一章：机械材料的基本概念1. 机械材料的分类有哪些？答：机械材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
金属材料包括钢铁、铝合金等；非金属材料包括塑料、橡胶等；复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的。
2. 机械材料的性能指标有哪些？答：机械材料的性能指标包括力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等；物理性能包括密度、热膨胀系数等；化学性能包括耐腐蚀性等；工艺性能包括可焊性、可铸性等。
第二章：金属材料1. 金属的晶体结构是什么样的？答：金属的晶体结构是由金属原子通过离子键或金属键结合而成的。
金属原子排列成紧密堆积的球形结构，形成了晶体的晶格。
2. 什么是金属的塑性变形？答：金属的塑性变形是指金属在外力作用下，原子发生位移和重排，使晶体结构发生改变而不断变形的过程。
这种变形是可逆的，并且金属材料具有良好的塑性。
第三章：非金属材料1. 塑料材料有哪些特点？答：塑料材料具有轻质、耐腐蚀、绝缘、低成本等特点。
它们可以通过加热和压力成型，具有良好的可塑性和可加工性。
2. 橡胶材料的主要成分是什么？答：橡胶材料的主要成分是高分子聚合物，它们具有弹性和可塑性，可以用于制作密封件、橡胶管等。
第四章：复合材料1. 什么是复合材料？答：复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的。
它们通过物理或化学方法结合在一起，具有优异的力学性能和特殊的功能。
2. 复合材料的分类有哪些？答：复合材料可以分为增强复合材料和非增强复合材料。
增强复合材料是由增强相和基体相组成的，增强相可以是纤维、颗粒等；非增强复合材料是由多种不同性质的材料组成的。
材料表面与界面复合材料的界面及界面优化
4.2 界面的效应（1）
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几种 效应：
(1)传递效应：界面能传递力，即将外力传递给增强物，起 到基体和增强物之间的桥梁作用。 (2)阻断效应：结合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。
阻止裂纹的扩展
4.2 界面的效应（2）
(3)不连续效应：在界面上产生物理性能的不 连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、 电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
表明界面结合过弱。在拉伸时纤维与基体脱粘、滑 移，纤维断裂点周围基体的形态呈空管状，而且界 面上没有任何曾经有过强烈相互作用的迹象。在这 种状况下，纤维高强度和高模量的优势得不到充分 发挥，复合材料得不到有效增强。
界面剪切强度过高：
纤维断裂，应力集中到断口周围基体上； 界面结合强度大于基体强度，应力不能松弛，裂缝沿
最佳状态的界面，裂纹沿界面扩展形成曲折的路径耗 散较多的能量，即这时的复合材料具有最大断裂能和一定 的韧性。
研究和设计界面时，不应只追求界面结合强度而应考 虑到复合材料综合力学性能。
不同界面结合强度断裂纤维周围基体形态模型
a. 弱界面结合状况 b. 界面结合适中状况 c. 界面结合过强状况
界面剪切强度太低：
陶瓷中增韧纤维受外力作用， 因拔出而消耗能量，耗能越 多材料韧性越好。
C/C复合材料 Si/Si复合材料
用晶须作为增强相可以显著提高复合材料的强度和弹 性模量，但因为价格昂贵，目前仅在少数宇航器件上 采用。现在发现，晶须 (如SiC 和Si3N4)能起到陶瓷材 料增韧的作用。
ZnO晶须 自增韧Si3N4陶瓷
均质材料。 碳化物金属陶瓷作为工具材
硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀