07第四章(1)聚合物基复合材料
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。
第四章 复合材料的界面
• 第二阶段是聚合物的固化阶段。在此过程中聚 第二阶段是聚合物的固化阶段。 固化阶段 合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固 合物通过物理的或化学的变化而固化， 定的界面层。固化阶段受第一阶段影响， 定的界面层。固化阶段受第一阶段影响，同时 它直接决定着所形成的界面层的结构。 它直接决定着所形成的界面层的结构。以热固 性树脂的固化过程为例， 性树脂的固化过程为例，树脂的固化反应可借 助固化剂或靠本身官能团反应来实现。 助固化剂或靠本身官能团反应来实现。在利用 固化剂固化的过程中，固化剂所在位置是固化 固化剂固化的过程中， 反应的中心， 反应的中心，固化反应从中心以辐射状向四周 扩展，最后形成中心密度大、 扩展，最后形成中心密度大、边缘密度小的非 均匀固化结构。 均匀固化结构。
表面结合化学键示意图
五、 界面反应或界面扩散理论 在复合材料组分之间发生原子 或分子间的扩散或反应，从而形 成反应结合或扩散结合。 界面反应结合或扩 散结合示意图
4. 3 聚合物基复合材料界面
• 一、界面的形成 • 对于聚合物基复合材料，其界面的形成可以分成两 对于聚合物基复合材料， 个阶段： 个阶段： • 第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。由 第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。 接触与浸润过程 于增强纤维对基体分子的各种基团或基体中各组分 的吸附能力不同， 的吸附能力不同，它总是要吸附那些能降低其表面 能的物质， 能的物质，并优先吸附那些能较多降低其表面能的 物质。 物质。因此界面聚合层在结构上与聚合物本体是不 同的。 同的。
•
1、外力场 2、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 复合材料的界面示意图
二、界面结合方式的分类
1)机械结合。基体与增强材料之间不发生化学反应， 1)机械结合。基体与增强材料之间不发生化学反应，纯粹靠机械 机械结合 连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。 连结，靠纤维的粗糙表面与基体产生摩擦力而实现的。 2)溶解和润湿结合。基体润湿增强材料， 2)溶解和润湿结合。基体润湿增强材料，相互之间发生原子扩散 溶解和润湿结合 和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。 和溶解，形成结合。界面是溶质原子的过渡带。 3)反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，在界面上生成化 3)反应结合。基体与增强材料间发生化学反应， 反应结合 合物，使基体和增强材料结合在一起。 合物，使基体和增强材料结合在一起。 4)交换反应结合 基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物， 交换反应结合。 4)交换反应结合。基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物， 且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。 且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。 5)混合结合。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。 5)混合结合。这种结合较普遍，是最重要的一种结合方式。是以 混合结合 上几种结合方式中几个的组合。 上几种结合方式中几个的组合。
聚合物基复合材料基体材料PPT教案
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环氧树脂的基本性能指标
（1）外观与色泽： 外观：低分子量的低粘度液体——半固体——固体； 固体环氧树脂——薄片 色泽： 透明，从无色到黄色
（2）黏度和软化点 施工操作一个重要指标，5000~25000mPa.s 有些黏度高的环氧树脂黏度指的是40℃下测定值。 固体环氧树脂是非结晶的数种聚合度预聚物的混合体。 软化点：被软化的树脂在外力作用下呈流动态
树脂的工艺性能包括树脂的浸润性、黏结性、流动 性和固化特性（最重要）。 3.3.1 浸润性能
液体对固体的浸润情况在第四章介绍。
纤维表面张力（张力 ，浸润 ） 树脂表面张力 （分子结构即分子间引力 ，内聚能，表面张力 浸润 ） 树脂与纤维间界面张力 （树脂/纤维表面分子间作用力 ，浸润 ） 树脂粘度 ，流动性 ，浸润 ；纤维疏松，浸润
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凝胶时间Gel time Gelation time 液态树脂或熔融态树脂在一定的温度或固化剂的
作用下由流动态转变为凝胶所用的时间； The interval of time, in connection with the use of
synthetic thermosetting resins, extending from the introduction of a catalyst into a liquid adhesive system until the interval of gel formation. 固化时间 Curing time
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（1）环氧树脂的性能和特征：
① 形式多样：树脂、固化剂、改性体系 ②固化方便，固化温度可在0~180℃之间固化。 ③ 黏附力强 ④ 收缩性低 ⑤力学性能 ⑥ 电性能 ⑦化学稳定性
(完整版)复合材料期末复习
复合材料复习资料1复合材料的定义？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。
复合后的产物为固体时才称为复合材料，若为气体或液体，就不能成为复合材料。
2复合材料的分类：1）按基体材料类型分为：聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料。
（始终有基字）2）按增强材料分为：玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维复合材料；金属纤维复合材料；陶瓷纤维复合材料（始终有纤维二字）3）按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。
（两种的区别）结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。
功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。
3复合材料的基体：金属基---对于航天与航空领域的飞机、卫星、火箭等壳体和内部结构，要求材料的质量小、比强度和比模量高、尺寸稳定性好，选用镁、铝合金等轻金属合金做基体。
对于高性能发动机，要求材料具有高比强度、高比模量、优良的耐高温性能，同时能在高温、氧化环境中正常工作，可以选择钛基镍基合金以及金属间化合物作为基体材料；对于汽车发动机，选用铝合金基体材料；对于电子集成电路，选用银铜铝等金属为基体。
轻金属基体—铝基、镁基，使用温度在450℃左右或以下使用，用于航天及汽车零部件。
连续纤维增强金属基采用纯铝或单相铝合金，颗粒、晶须增强…采用高强度铝合金。
钛基，使用温度在650℃（450-700），用作高性能航天发动机镍基、铁基钴基及金属间化合物，使用温度在1200℃（1000℃以上），耐高温4聚合物基体一）简答题（各自优缺点）聚合物基复合材料的聚合物基主要有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。
各自优缺点：二）聚合物基体的作用选择题：a . 将纤维黏在一起；b.分配纤维间的载荷；c .保护纤维不受环境的影响5陶瓷基特点：比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性、抗老化性好，但脆性大，韧性差。
聚合物基复合材料实例
聚合物基复合材料实例一、引言聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，其广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍几个聚合物基复合材料的实例，以展示其在不同领域的应用。
二、汽车领域1.碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造轻量化零部件，如车身、底盘等。
与传统的金属车身相比，这种复合材料可以降低汽车的重量，并提高其燃油效率和行驶性能。
2.热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造汽车内饰件，如仪表板、门板等。
与传统的塑料内饰相比，这种复合材料可以提高汽车内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
三、航空航天领域1.碳纤维增强环氧树脂复合材料碳纤维增强环氧树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机结构件，如机翼、尾翼等。
与传统的金属结构相比，这种复合材料可以降低飞机的重量，并提高其飞行速度和燃油效率。
2.热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机内部结构件，如座椅、壁板等。
与传统的塑料结构相比，这种复合材料可以提高飞机内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
四、建筑领域1.玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料是一种具有优异耐久性和抗紫外线性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶板等。
与传统的混凝土、砖墙相比，这种复合材料可以降低建筑物的重量，并提高其耐久性和抗紫外线能力。
2.聚氨酯/玻璃纤维布层板聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异隔音性和保温性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
聚合物基复合材料考试答案
1聚合物基复合材料的定义、特征、结构模式。
聚合物基复合材料：是以有机聚合物为基体，以颗粒、纤维等为增强材料组成的复合材料特征：1比强度和比模量高，比强度（抗拉强度与密度之比）和比模量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚性大。
2 良好的抗疲劳性能疲劳是材料在循环应力作用下的性质。
复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
3、减振性能好在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。
且自振动频率高，不易产生共振4、高温性能好复合材料在高温下强度和模量基本不变5、各项异性和可设计性。
6、成型加工性好复合材料可成型任意型面的零件7、其它优点与其它类材料相比，聚合物基复合材料耐化学腐蚀、导电、导热率低等特点。
缺点：1耐湿热性差2.材料性能分散性差3.价格过高复合材料的结构①无规分散（弥散）增强结构（含颗粒、晶须、短纤维）②连续长纤单向增强结构（单向板）③层合(板)结构(二维织布或连续纤维铺层，每层不同)④三维编织体增强结构⑤夹层结构（蜂窝夹层等）⑥混杂结构2、复合材料的界面效应有哪些？怎么影响材料的性能。
界面在复合材料中所起到的效应：1、传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。
2、阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、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的不连续性和界面摩擦出现的现象4、散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。
5、诱导效应：一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象3.试说明玻璃纤维、碳纤维与芳纶纤维表面处理方法的相同点和不同点。
相同点是都需要在高温下处理，改善纤维的微结构，使纤维与界面和基体更加匹配。
包括化学键理论，润湿理论，表面形态理论，可逆水解平衡理论和可变形层理论等。
聚合物基复合材料力学性能
3.1 正交复合材料单轴拉伸的应力－应变曲线
单向复合材料纵向 拉伸应力－应变曲线是 一条直线。用单向玻璃 纤维预浸料铺层的双向 正交复合材料的单轴拉 伸应力－应变曲线却是 一条折线。
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原因：
①单向复合材料纵 向拉伸强度和模量取决 于纤维，而基体的影响 很小。所以单向纤维复 合材料的应力－应变体 现了玻璃纤维的力学特 征，呈现线性的应力－ 应变关系。
复合材料应力－应变曲线的位置:
如果纤维的体积分数越高，复合材料应力－应变曲线越 接近纤维的应力－应变曲线； 反之，当基体体积分数高时，复合材料应力-应变曲线 则接近基体的应力－应变曲线。
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了解载荷在复合材料的组分之间怎样分配和组分所承担的 应力是具有重要意义的。 载荷分配： Pf/Pm=(Ef/Em) × Vf/V m
第一点，基体材料本身力学性能较好，能满足复合材料力学性能 对基体的性能要求。这包括，有较高的内聚强度、弹性模量；与增 强纤维有相适应的断裂伸长率，满足使用要求的耐热性、韧性等。 第二点，对增强材料有较好的润湿能力和黏附力，保证良好的 界面粘接。
第三点，工艺性优良。成型和固化的方法与条件简单，固化收 缩率低，形成的内应力小。
L、拉伸模量EL
L fbV fb mVm
EL E fbV fb EmVm
（8-10） （8-11）
式（8-10）和（8-11）表明，纤维和基体对复合 材料的力学性能所做的贡献与它们的体积分数成正比， 这种关系称为混合定则（Rule of Mixtures）。显然，
V f Vm 1
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②碳纤维的力学特性。
第一：具有脆性材料特征。
第二：碳纤维的拉伸强度和拉伸模量均较高。 Ⅱ型碳纤维或称高强型(HS)碳纤维的强度可达3GPa以上。模量 230~270GPa，断裂伸长率1％~1.5％。 Ⅰ型碳纤维或称高模型(HM)碳纤维的模量390~420GPa，强度2GPa左右， 断裂延伸率0.5％~1.0％。 碳纤维的缺点在于脆性比玻璃纤维大．与树脂基体的界面结合强度 比玻璃纤维差。
复合材料概念
复合材料概念复合材料概念Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】1 总论1）复合材料概念、命名、分类及其基本性能。
概念：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。
命名：将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。
基本性能：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。
可按对材料性能的需要进行材料的设计和制备。
可制成所需的任意形状的产品。
性能的可设计性是复合材料的最大特点。
2）聚合物基复合材料的主要性能比强度、比模量大；耐疲劳性能好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；有很好的加工工艺性。
3）金属基复合材料的主要性能高比强度、高比模量；导热、导电性能好；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮、不老化、气密性好。
4）陶瓷基复合材料的主要性能强度高、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5）复合材料的三个结构层次一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组份材料的力学性能、相几何和界面区的性能。
二次结构：单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何。
三次结构：工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6）复合材料设计的三个层次单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能。
铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案做出合理安排，该层次决定层合板的性能。
结构设计：确定产品结构的形状和尺寸。
2 基体材料1）金属基体材料选择基体的原则、金属基结构复合材料的基体、金属基功能复合材料的基体原则：金属基复合材料的使用要求；金属基复合材料组成特点；集体金属与增强物的相容性。
结构复合材料的基体可大致分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。