抗辐射复合材料
高性能纤维（五）酚醛纤维（PNF）
高性能纤维（五）酚醛纤维（PNF）酚醛纤维是一种三维交联的阻燃有机纤维，1968年由美国金刚砂（Carborundum）公司的J．Economy首次申请相关专利，该纤维的问世打破了三维交联树脂无法成纤的固有观念，并促进了蜜胺等交联纤维的相继出现。
20世纪70年代，美国、日本等对酚醛纤维进行了持续的研究，但由于纤维力学性能欠佳，没有得到大规模的开发应用。
随着通用化学纤维在家居、装饰中的应用，化纤在室内火灾中的危害与日俱增，化纤的阻燃及发烟性能再次被人们关注。
酚醛纤维从化学组成上来看，大约含76%的碳、18%的氧和6%的氢，不含其他元素，是一种无结晶、无取向的体型结构聚合物。
酚醛纤维抗燃性能突出，LOI达30%～34%，并具有自熄性，在火焰中不熔融，冒烟少；碳化中能保持原有的形态，碳化率为50%～60%；隔音效果好，导热系数较小，并对γ射线有较高的抵抗性。
因此，酚醛纤维广泛应用于制备阻燃纸张、纺织品、复合材料、石棉替代品、碳纤维及活性炭的前驱体，以及隔热、隔音材料和烧蚀材料等。
1、酚醛纤维的制备1.1低相对分子质量酚醛树脂的制备酚醛树脂经纺丝、交联形成类似热固性酚醛树脂的三维无定形网络结构的酚醛纤维。
酚醛树脂由苯酚和甲醛在酸或碱性条件下合成，分别得到热塑性酚醛树脂（Novolac）或可溶性酚醛树脂（Ｒesole），但用于纺丝原液的酚醛树脂的相对分子质量很低。
这是由于：（1）热塑性酚醛树脂的缩聚反应过程中，酚/醛摩尔比须在1∶（0．75～0．85），甲醛含量的增多将导致凝胶出现，反应难以进行，所以热塑性酚醛的相对分子质量往往低于2000；（2）可溶性酚醛树脂的合成中，甲醛过量，酚/醛摩尔比为1∶（1～1．5），甚至达1∶3，得到高反应性羟甲基酚醛树脂，为保证产物处于可溶性酚醛树脂阶段，反应须提前停止，防止相对分子质量增大生成不溶的热固性酚醛树脂。
1.2酚醛纤维的制备方法由低相对分子质量酚醛树脂制备酚醛纤维有以下3种工艺方法：（1）熔融纺丝，是以相对分子质量约800～1000的热塑性酚醛树脂为原料，通过熔融纺丝获得原丝；或为了提高纤维的强度，改善加工性能，用聚酰胺6（PA6）作为纤维成形载体，通过与热塑性酚醛树脂共混纺丝，最终在甲醛及盐酸等的水溶液中交联固化，成为体型结构的酚醛纤维。
难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用
难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用难熔金属基复合材料是一种具有优越性能的先进材料，广泛应用于航空航天领域。
它由金属基体和另一种或多种添加剂组成，通过粉末冶金等制备工艺得到。
难熔金属基复合材料具有高强度、高温性能、抗腐蚀性和优异的耐磨性等优点，因此在航空航天领域具有重要的应用前景。
首先，难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用可以提高飞机的性能和安全性。
该材料的高强度和耐磨性使得它可以替代传统材料，如钢和铝合金，在飞机的结构件和发动机部件等关键部位使用。
这不仅可以减轻飞机的重量，提高飞行速度和燃油效率，还可以增加飞机的耐久性和抗腐蚀性，从而提高了航空器的整体性能，确保了航空安全。
其次，难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用可以扩展空间探索的可能性。
航天器经历极端的温度变化、高速冲击和辐射等严酷的环境条件，因此需要具备卓越的耐热、耐腐蚀和抗辐射能力。
难熔金属基复合材料因其独特的性能，在航天器的结构件、热防护系统和燃烧室等关键部位得到广泛应用。
这种材料能够承受极高的温度和压力，具备良好的抗氧化和隔热性能，从而保证了航天器在极端环境下的稳定运行和安全返回。
除此之外，难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用还可以提高航空发动机的性能。
航空发动机承受着高温和高压的工作环境，因此需要具备耐高温、耐磨性和抗腐蚀性能。
难熔金属基复合材料的优异性能使它成为理想的航空发动机材料。
除了可以用于制造发动机叶片、涡轮和燃烧室等部件外，还可以用于制造发动机的喷嘴和转子翼等关键部件。
这种材料的应用可以提高发动机的热效率和推力，减少燃料消耗，从而促进航空产业的可持续发展。
此外，难熔金属基复合材料在航空航天领域的应用还具有良好的可加工性。
航空航天领域对材料的可加工性有较高的要求，需要能够进行切削、钻孔、焊接和组装等工艺操作。
难熔金属基复合材料可以通过粉末冶金、铸造和热加工等工艺生产，具备良好的可塑性和可加工性，使得它能够适应不同形状和规格的零部件制造需求。
材料导论第十四章复合材料ppt课件
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
复合材料的基体材料
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环氧树脂也存在一些缺点，比如耐候性差，环氧树脂中 一般含有芳香醚键，固化物经日光照射后易降解断链，所以 通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外日晒，易失去光泽， 逐渐粉化，因此不宜用作户外的面漆。另外，环氧树脂低温 固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下则固化缓 慢，对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十 分不便。
饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极
大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，
赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材
等极性基材以优良的附着力。
(3) 固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性
树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～
10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4
(6) 稳定性好，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的 环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)， 其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具 有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性 能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧 树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状 结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机 的整体油箱内壁衬里等。
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提高树脂耐热性方法： 增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构； 进行结晶：-C-O-C-, -OH, -NH2等； 进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。
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三、耐腐蚀性能
树脂的腐蚀
物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键 影响因素：
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用研究
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用研究碳纤维复合材料是一种高性能的材料，因其重量轻、强度高、耐疲劳、耐高温、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天领域，成为飞机、卫星、火箭等重要部件的首选材料。
一、碳纤维复合材料在航空领域的应用碳纤维复合材料广泛应用于飞机制造中。
例如，利用复合材料制造的飞机机身重量比使用传统金属材料制造的机身要轻约20%~30%。
同时，碳纤维复合材料具有在飞行过程中不易产生氧化、腐蚀和疲劳等问题，使得飞机的使用寿命更长，飞行安全性更高。
此外，碳纤维复合材料还被广泛应用于航空发动机和动力系统中。
由于碳纤维复合材料的高强度和耐高温性能，它成为了制造航空发动机涡轮叶片、喷气管、密封件和火花塞等关键部件的重要材料。
二、碳纤维复合材料在航天领域的应用碳纤维复合材料在航天领域也有广泛的应用。
例如，卫星的结构材料、轻量级的推进剂容器、燃烧室、导管等主要采用碳纤维复合材料。
此外，火箭发动机内部的绝热材料和翼型的制造也采用碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料在航天领域的应用，具有三个显著的优点。
首先，碳纤维复合材料具有较低的质量和高的强度，可以增加有效载荷的质量，并减少发射费用。
其次，碳纤维材料的高温特性可增加了航天器的使用温度范围。
第三，碳纤维复合材料的抗辐射能力比传统材料要强，因此更加适用于太空环境中的应用。
三、碳纤维复合材料在未来的应用前景作为一种高性能的材料，碳纤维复合材料在未来还有广泛的应用前景。
对于飞机制造，碳纤维复合材料将成为实现飞机超轻量化和高效能的关键材料。
在航天领域，碳纤维复合材料将在未来的太空探索中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步，碳纤维复合材料的生产成本将不断下降，同时，其性能还将不断得到提升。
这些因素都将推动碳纤维复合材料在航空航天领域的应用向更高的水平发展。
金属基复合材料
⾦属基复合材料以⾦属或合⾦为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。
按所⽤的基体⾦属的不同，使⽤温度范围为350～120℃。
其特点在⼒学⽅⾯为横向及剪切强度较⾼，韧性及疲劳等综合⼒学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数⼩、阻尼性好、不吸湿、不⽼化和⽆污染等优点。
例如碳纤维增强铝复合材料其⽐强度3～4×107mm，⽐模量为6～8×109mm，⼜如⽯墨纤维增强镁不仅⽐模量可达1.5×1010mm，⽽且其热膨胀系数⼏乎接近零。
⾦属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按⾦属或合⾦基体的不同，⾦属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、⾼温合⾦基、⾦属间化合物基以及难熔⾦属基复合材料等。
由于这类复合材料加⼯温度⾼、⼯艺复杂、界⾯反应控制困难、成本相对⾼，应⽤的成熟程度远不如树脂基复合材料，应⽤范围较⼩。
树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使⽤。
近些年来正在迅速开发研究适⽤于350℃～1200℃使⽤的各种⾦属基复合材料。
⾦属基复合材料是以⾦属或合⾦为基体与各种增强材料复合⽽制得的复合材料。
增强材料可为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。
⾦属基体除⾦属铝、镁外，还发展有⾊⾦属钛、铜、锌、铅、铍超合⾦和⾦属间化合物，及⿊⾊⾦属作为⾦属基体。
⾦属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有⾼强度、⾼模量外，它能耐⾼温，同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。
是令⼈注⽬的航空航天⽤⾼温材料，可⽤作飞机涡轮发动机和⽕箭发动机热区和超⾳速飞机的表⾯材料。
⽬前不断发展和完善的⾦属基复合材料以碳化硅颗粒铝合⾦发展最快。
这种⾦属基复合材料的⽐重只有钢的1/3，为钛合⾦的2/3，与铝合⾦相近。
它的强度⽐中碳钢好，与钛合⾦相近⽽⼜⽐铝合⾦略⾼。
其耐磨性也⽐钛合⾦、铝合⾦好。
⽬前已⼩批量应⽤于汽车⼯业和机械⼯业。
新型碳基复合材料的应用
新型碳基复合材料的应用随着科技不断发展，新型材料的应用范围也越来越广泛。
其中，碳基复合材料因其轻质、高强度等优点，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域有着广泛的应用。
而新型碳基复合材料的出现，更是为这些领域带来了前所未有的提升和发展。
一、新型碳基复合材料的特点新型碳基复合材料相对于传统材料，其最大的特点就是具备了更高的强度和更低的密度。
这得益于新型碳基复合材料中含有的高强度纤维等材料，使得其强度更高，而碳基材料本身也具备很低的密度，这些组合使得新型碳基复合材料更轻便，更适合应用在各种领域。
二、新型碳基复合材料的应用1. 航空航天领域在航空航天领域，新型碳基复合材料作为航空器结构材料已经得到了广泛的应用。
其轻质高强的特点，使得飞机的重量减轻，燃油消耗量也大大降低，对于减少能源消耗、环保等方面有着积极作用。
同时，在太空探索中，新型碳基复合材料的耐高温、抗辐射等特性，也被广泛应用于太空飞船、卫星等方面。
2. 汽车制造在汽车制造领域，新型碳基复合材料在车身结构、底盘、发动机等方面的应用已经成为趋势。
因为其轻质高强的特点，可以减轻汽车自重，提高汽车整体性能和安全性能。
而且新型碳基复合材料还可以提高汽车的燃油效率，使得汽车更加环保。
3. 体育器材在体育器材方面，新型碳基复合材料也发挥着重要的作用。
例如，新型碳基复合材料可以用于制作高性能的自行车轮圈、高尔夫球杆等运动器材，其轻质高强的特点可以帮助运动员提高运动效率。
而在滑雪装备方面，新型碳基复合材料制成的雪板、雪杖等，不仅可以提高滑行速度，还可以提高控制能力和稳定性。
三、新型碳基复合材料的发展前景新型碳基复合材料的应用领域正在不断拓展，且越来越多的企业也开始关注这一领域的发展。
未来，随着科技的不断进步，新型碳基复合材料的性能和应用领域也将不断扩大，为人们的生活带来更多的便利和改善。
总的来说，新型碳基复合材料作为一种高强度、轻质的材料，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域有着广泛的应用前景。
热塑性复合材料的应用研究
优势分析
5、可持续性好：这种材料具有较好的可回收性，能够在生产和使用过程中实 现资源的高效利用，符合绿色发展的要求。
未来展望
未来展望
随着科学技术的不断进步，先进热塑性树脂基复合材料在航天航空领域的应 用前景十分广阔。未来，这种材料将在以下几个方面有更大的发展：
未来展望
1、新一代飞机制造：随着航空工业的发展，新一代飞机对材料的要求更加严 格，先进热塑性树脂基复合材料将在新型飞机设计中得到更广泛的应用，提升飞 机的性能和降低成本。
未来展望
4、智能制造：随着智能制造技术的发展，先进热塑性树脂基复合材料的制造 将更加智能化、自动化，提高生产效率，降低成本，推动产业升级。
未来展望
5、绿色环保：未来，环保和可持续发展成为全球的共识，先进热塑性树脂基 复合材料的可回收性和环保性将得到进一步提升，助力航空航天产业的绿色发展。
结论
结论
应用领域
应用领域
在航天航空领域，先进热塑性树脂基复合材料的应用主要包括以下几个方面： 1、飞机制造：飞机结构中需要大量使用轻质、高强度的材料，先进热塑性树 脂基复合材料成为理想的选择。例如，在机翼、尾翼和机身等部位，这种材料能 够显著降低结构重量，提高飞行效率。
应用领域
2、火箭设计：火箭结构需要承受巨大的推力和热量，先进热塑性树脂基复合 材料能够提供卓越的耐高温性能和承载能力。例如，在火箭发动机和箭体结构中， 这种材料可以显著提高火箭的可靠性和安全性。
应用领域
3、卫星制造：卫星结构需要适应严苛的空间环境，先进热塑性树脂基复合材 料具有优秀的耐候性和抗辐射性能。在卫星壳体、太阳能电池板等关键部位，这 种材料可以提高卫星的稳定性和工作效率。
优势分析
优势分析
新型医用生物复合材料——生物光素
新型医用生物光复合材料—生物光素光疗法是现代物理治疗学的重要组成部分，它利用光量子作用于人体产生生物学理化效应，调整，改善人体生理功能的原理，达到强身健体的目的。
近年来欧美等国及日本对这一领域比较重视，且在实际应用中显示出其功能可靠、安全、方便的特点（相比较传统药物治疗的副作用和外科手术的危险性而言）。
随着现代生物医药学和科学技术的飞速发展及其在应用中取得的成就，在维护人类健康事业方面人们对这一领域赋予了新的内涵和使命。
鉴于光疗法独特作用的机理及独特的治疗方式。
远光公司的专家组决心在这一领域进行新的探索，并设计了研发课题目标，研制合成一种全新的医用生物光复合材料；设计要求：以光疗法作为基础，融药物、光疗以及负离子作用优势于一体，区别于传统用药更科学、更安全、副作用小，为了完成这一课题目标，与英国剑桥大学、诺丁汉特伦特大学和ACORDIS公司联合立项，成立专门科研机构，先后选取436种纯天然物质经过反复地生物学和物理学实验类比，最终精选10多种光量子能能效最优，生物活性最好的材料为主要成份和其它多种生物药用材料，再经一系列高科技加工工艺精制而成的全新的医用生物光复合材料。
现将本产品作如下介绍：一、生物光素的制备工艺过程（一）原料的选择：1、选料Ⅰ：①所选材料均系高纯度化工原料见表。
选料Ⅰ及纯度表②配合：将所用原料按拟定配方配制，而后于振动混料机中混合15-20分钟，同时，粉碎原料中的团聚合体，使各种原料都能均匀地混合在一起。
③煅烧合成：将混匀后的配合料压块并置于坩锅之中，于1000~1300℃的温度下经数小时高温合成，冷却备用。
2、材料Ⅱ：碧玉：（Tourmaline）是一种含硼的成分复杂的硅酸盐矿物。
分子式：Na（Mg,Fe,Mn,Li,AI）3AI3[Si6O18](BO3)3(OH,F)4 。
具有热电效应和压电效应，可产生足够的空气负粒子，是天燃的“空气维生素”。
3、原料Ⅲ：针对中老年人群的常见病和多发病的治疗需要选相应的经典中药材料，经分析提取其主要药理成份（如：丹参素、丹参酮、人参皂甙、天麻素、杜仲总萜、银杏总黄酮、罗布麻黄酮、红花素、风藤素、夏枯草三萜皂苷）等多种有确切疗法的药物成份，并粉碎成超微细粉备用。
核聚变反应堆的材料选择研究
核聚变反应堆的材料选择研究在追求清洁能源的道路上，核聚变一直被寄予厚望。
与传统的核裂变相比，核聚变具有燃料丰富、放射性废物少、安全性高等显著优势。
然而，要实现可控核聚变并将其应用于实际能源生产，面临着诸多技术挑战，其中材料的选择就是关键问题之一。
核聚变反应堆内部的环境极其恶劣，需要材料能够承受高温、高辐射、高压力以及强磁场等极端条件。
首先，高温是材料面临的首要挑战。
在核聚变反应中，等离子体的温度可高达数千万摄氏度，这要求反应堆内的结构材料具有极高的熔点和良好的高温稳定性。
目前，一些难熔金属如钨、钼等因其出色的耐高温性能而受到关注。
钨的熔点高达 3422 摄氏度，是所有金属中熔点最高的，但其在高温下的脆化问题需要解决。
钼的熔点也较高，并且具有较好的韧性，但在高温下容易氧化。
高辐射也是材料必须经受的考验。
核聚变过程中产生的高能中子和带电粒子会对材料的原子结构造成损伤，导致材料的性能逐渐劣化。
这种辐射损伤会引起材料的硬化、脆化、肿胀等问题，严重影响材料的使用寿命。
为了减轻辐射损伤，研究人员正在探索具有良好抗辐射性能的材料，如碳化硅、钨合金等。
碳化硅具有优异的热稳定性和抗辐射性能，但其脆性较大，限制了其在一些关键部位的应用。
高压力同样对材料提出了严格要求。
在核聚变反应堆中，等离子体的压力巨大，需要材料具备足够的强度和抗压能力。
高强度的金属材料如不锈钢、钛合金等在一定程度上能够满足要求，但它们在高温和辐射环境下的性能变化仍需进一步研究。
强磁场环境也给材料选择带来了困难。
超导材料在产生强磁场方面起着关键作用，但目前常用的超导材料如铌钛合金和铌锡合金在低温下的性能稳定性和机械强度还有待提高。
除了上述极端条件，材料还需要具备良好的热导率，以便有效地将热量传递出去，避免局部过热。
同时，材料的化学稳定性也至关重要，要能在复杂的化学环境中保持稳定，不与其他物质发生反应。
在核聚变反应堆的不同部位，对材料的要求也有所差异。