1-復(fù)合材料的特性課件

1.《先進(jìn)復(fù)合材料》魯云、朱世杰主編，機(jī)械工業(yè)出版社。2.《復(fù)合材料原理》聞?shì)督骶帲錆h工業(yè)大學(xué)出版社3.《復(fù)合材料聚合物基體》趙玉庭等主編，復(fù)合材料聚合物基體，武漢理工大學(xué)出版社參考書(shū)目第一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。

第一篇緒論1復(fù)合材料的特性第二篇復(fù)合材料的基體材料3無(wú)機(jī)膠凝材料5聚合物材料6其他材料第三篇復(fù)合材料的增強(qiáng)材料

7玻璃纖維及其制品主要內(nèi)容第二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。8碳纖維

10芳綸纖維

11填料第四篇復(fù)合材料各論

12聚合物基復(fù)合材料

15碳/碳復(fù)合材料

16無(wú)機(jī)膠凝復(fù)合材料第三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。無(wú)機(jī)非金屬材料：具有性質(zhì)穩(wěn)定，抗腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。但質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊。金屬材料：力學(xué)性能好，耐高溫。但密度大，抗腐蝕性能差。高分子材料：性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性好。但不耐高溫，力學(xué)性能較差。復(fù)合材料第四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。第一篇緒論1復(fù)合材料的特性1.1引言

一門應(yīng)用性的基礎(chǔ)學(xué)科。用化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的原理來(lái)闡明材料性能的規(guī)律性，進(jìn)而研究和發(fā)展具有指定性能的新材料。材料科學(xué)第五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。一、CM的定義廣義的定義1.2復(fù)合材料的定義與命名CompositeMaterial，簡(jiǎn)稱CM

由兩種或兩種以上的不同材料，通過(guò)一定的工藝復(fù)合而成的，性能優(yōu)于原單一材料的多相固體材料。注意：CM與化合材料、混合材料的區(qū)別多相體系復(fù)合效果第六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分?！鶦M=增強(qiáng)材料＋基體材料狹義定義(通常研究的內(nèi)容)：用纖維增強(qiáng)樹(shù)脂、金屬、無(wú)機(jī)非金屬材料所得的多相固體材料。第七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。強(qiáng)調(diào)基體

強(qiáng)調(diào)基體材料的種類和特征(2)強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體

強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)材料的種類和性質(zhì)酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料、鋁合金基復(fù)合材料等碳纖維復(fù)合材料、金屬纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料等二、CM的命名第八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。(3)基體與增強(qiáng)體并用

同時(shí)出現(xiàn)基體材料和增強(qiáng)體材料碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料等。碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料碳/環(huán)氧復(fù)合材料碳/金屬?gòu)?fù)合材料碳/碳復(fù)合材料第九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。(4)俗稱玻璃鋼就是玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的俗稱第十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。材料的分類材料按材料的化學(xué)性質(zhì)金屬材料非金屬材料按材料的物理性質(zhì)絕緣材料磁性材料透光材料導(dǎo)電材料半導(dǎo)體材料耐高溫材料按材料的用途航空材料建筑材料電工材料包裝材料耐燒蝕材料第十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料根據(jù)增強(qiáng)原理彌散增強(qiáng)型粒子增強(qiáng)型纖維增強(qiáng)型復(fù)合過(guò)程的性質(zhì)化學(xué)復(fù)合的復(fù)合材料物理復(fù)合的復(fù)合材料自然復(fù)合的復(fù)合材料根據(jù)復(fù)材的功能電功能復(fù)合材料熱功能復(fù)合材料光功能復(fù)合材料粒子直徑：1~50μm，體積分?jǐn)?shù)>20%

粒子直徑：0.01~0.1μm，粒子體積分?jǐn)?shù)：1%～5%;

根據(jù)使用目的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料1.3復(fù)合材料的分類第十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料根據(jù)基體材料金屬基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)纖維的類型碳纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料有機(jī)纖維復(fù)合材料增強(qiáng)物的外形連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維織物或片狀纖維短纖維增強(qiáng)硼纖維復(fù)合材料混雜纖維復(fù)合材料粒狀填料化學(xué)組成同質(zhì)復(fù)合異質(zhì)復(fù)合第十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，開(kāi)發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強(qiáng)材料，并使用高性能樹(shù)脂、金屬與陶瓷為基體，制成先進(jìn)復(fù)合材料，是用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。先進(jìn)復(fù)合材料AdvancedCompositeMaterials,簡(jiǎn)稱ACM第十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。2007年6月8日，“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)在位于美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發(fā)射升空，飛往國(guó)際空間站。第十五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。美國(guó)全部用碳纖維復(fù)合材料制成一架八座商用飛機(jī)--里爾芳2100號(hào)，并試飛成功，這架飛機(jī)僅重567kg，它以結(jié)構(gòu)小巧重量輕而稱奇于世。采用大量先進(jìn)復(fù)合材料制成的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)。在波音-767大型客機(jī)上使用了先進(jìn)復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)，不僅使飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量減輕，還提高了飛機(jī)的各種飛行性能。第十六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。1.4復(fù)合材料的特性聚合物基復(fù)合材料（纖維-樹(shù)脂復(fù)合材料FiberReinforcedPolymerorFiberReinforcedComposite）是復(fù)合材料中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的一類復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料的特性第十七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。1、輕質(zhì)高強(qiáng)

CM最突出、重要的特點(diǎn)。用比強(qiáng)度，比模量。材料名稱比強(qiáng)度比模量鋼0.130.27鋁0.170.26玻纖/聚酯CM0.530.21碳纖/環(huán)氧CM1.030.21強(qiáng)度與密度之比模量與密度之比第十八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。GlassfiberreinforcedcompositesCarbonfiberreinforcedcompositesBoronfiberreinforcedcomposites第十九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。材料密度(g/cm3)拉伸強(qiáng)度(GPa)彈性模量(×102GPa)比強(qiáng)度(×105cm)比模量(×105cm)鋼7.81.032.10.130.27鋁合金2.80.470.750.170.26鈦合金4.50.961.140.210.25玻璃纖維復(fù)合材料2.01.060.40.530.20碳纖維II/環(huán)氧1.451.51.41.030.97碳纖維I/環(huán)氧1.61.072.40.671.5有機(jī)纖維/環(huán)氧1.41.40.81.00.57硼纖維/環(huán)氧2.11.382.10.661.0硼纖維/鋁2.651.02.00.380.57第二十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。由表1-2可見(jiàn)：FRC的密度約為鋼的1/5，鋁的1/2比模量：高模量碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料為鋼的5倍，鋁合金的4倍，鈦合金的3.5倍作用：在強(qiáng)度和剛度相同的情況下，結(jié)構(gòu)質(zhì)量可以減輕，或尺寸減小。這在節(jié)省能源，提高構(gòu)件的使用性能方面，是現(xiàn)有其他材料所不能比擬的。另外：其他基體的復(fù)合材料，凡是用作結(jié)構(gòu)材料的，其比強(qiáng)度，比模量大都比原來(lái)單一的基體材料高得多。第二十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。2、可設(shè)計(jì)性好

復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料的根本特點(diǎn)之一設(shè)計(jì)人員可根據(jù)所需制品對(duì)力學(xué)及其它性能的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)材料本身進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面力學(xué)設(shè)計(jì)——給制品一定的強(qiáng)度和剛度功能設(shè)計(jì)——給制品除力學(xué)性能外的其他性能第二十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料的工藝性能十分優(yōu)越，其成型方法多種多樣，成型條件機(jī)動(dòng)靈活。3、工藝性能好具體到玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料特性：熱性能好、耐腐蝕性能好、電性能好、耐候性、耐疲勞性、耐沖擊性、耐蠕變性，透光性等。導(dǎo)熱系數(shù)小，是金屬材料1/100～1/1000；特殊類型的玻璃鋼可耐瞬時(shí)高溫?？梢阅退帷A、鹽的腐蝕、海水、微生物腐蝕，適合于制作化工管道、儲(chǔ)罐、船舶等。a、電絕緣性能好，不受電磁作用；b、微波穿透性好；c、可制作成不帶靜電的制品。第二十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。4、材料與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性制造材料的同時(shí)，獲得了制件。復(fù)雜制件一次成型。零件數(shù)目減少----減輕了部件質(zhì)量降低了應(yīng)力集中第二十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。5、耐疲勞性能好：疲勞破壞的種類不同：金屬突發(fā)性破壞極限30%~50%聚合物基復(fù)合材料有預(yù)兆破壞極限70%~80%6、減震性好：

受力結(jié)構(gòu)的自振頻率有關(guān)因素：結(jié)構(gòu)形狀

比模量的平方根同時(shí)，復(fù)合材料中的基體界面具有吸震能力，使材料的震動(dòng)阻尼很高第二十五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。材料工藝的穩(wěn)定性差材料性能的分散性大長(zhǎng)期耐高溫與環(huán)境老化性能不好抗沖擊性能低橫向強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度不夠好聚合物基復(fù)合材料存在的缺點(diǎn)：第二十六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。(1)在建筑工業(yè)中，廣泛用于各種輕型結(jié)構(gòu)房屋、建筑裝飾及雕塑、衛(wèi)生潔具、門及窗構(gòu)件、地面等。(2)在化學(xué)工業(yè)中，主要用于各種防腐蝕管、罐、泵、閥門、貯槽及各種防腐設(shè)備的襯里。(3)在交通運(yùn)輸方面，汽車制造工業(yè)中，主要用于各種車身構(gòu)件、儀表盤、車門等；在鐵路運(yùn)輸中用于客車車廂、車門窗、水箱及各種通訊線路器材等。(4)在造船工業(yè)中，用于生產(chǎn)各種工作艇、漁船、潛水艇、救生艇及游艇等。1.5復(fù)合材料的應(yīng)用第二十七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。(5)體育用品中各種體育器材。如球拍、滑板、賽艇、皮艇、劃槳等(6)在軍械及航空工業(yè)中，用于生產(chǎn)子彈、彈殼、火炮護(hù)罩、雷達(dá)罩、機(jī)翼、直升機(jī)旗翼等。(7)在電器工業(yè)中，用于生產(chǎn)層壓板、路燈燈具、帶電操作工具等。(8)在機(jī)械制造工業(yè)中，玻璃鋼葉片、風(fēng)機(jī)、泵、齒輪等。第二十八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料用于建筑構(gòu)件復(fù)合材料用于城市雕塑第二十九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料用于家用設(shè)備玻璃鋼花盆第三十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。玻璃鋼管道儲(chǔ)存罐第三十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料應(yīng)用于汽車配件第三十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料應(yīng)用于電路板第三十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料應(yīng)用于體育器材復(fù)合材料應(yīng)用于商用飛機(jī)第三十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。復(fù)合材料應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電第三十五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。Examplesofcommerciallyusedcomposites

第三十六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。PassengerCar第三十七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。第三十八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。第三十九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。TheWorld’sFastestBike第四十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。All-CompositeBusinessJet第四十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。CommercialAirplane第四十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。CommercialAirplane第四十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。第四十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。MilitaryAircraft第四十五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。第四十六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。F-15EagleFighter第四十七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。MilitaryHelicopter第四十八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。Thefirstjetplanetoflyaroundtheglobewithrefueling

TheVirginAtlanticGlobalFlyertraveledatotaldistanceof26,389.3milesin76hoursand45minutes第四十九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。Left:TheVoyageraircraft,whichmadea25000milenonstopflightaroundtheworldwithoutmidairrefueling.Right:High-strength,low-densitystructuralmembersoftheVoyagerareconstructedfromaseriesofcrosspliesconsistingofgraphitefibersthatarealignedandembeddedwithinanepoxymatrix.(PhotographcourtesyofHerculesInc.)第五十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。SpaceShuttle第五十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。VirginSpaceShipSpaceShipOnecrackedthebarriertomannedcommercialspaceflightinJunebyflying98,547meters,orabout99kilometers(328,491feet,orabout62miles)aboveEarth,justalittlemorethan120meters(400feet)abovethedistancescientistswidelyconsidertobetheboundaryofspace.Theflightlasted90minutes.第五十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。NationalAeroSpacePlane(NASP)"...anewOrientExpressthatcould,bytheendofthenextdecade,takeofffromDullesAirportandaccelerateuptotwenty-fivetimesthespeedofsound,attaininglowearthorbitorflyingtoTokyowithintwohours..."RonaldReagan(Useofhigh-temperaturecomposites)第五十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。Satellite第五十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。BulletproofProductsMilitaryKevlar?Helmets

BallisticClothing第五十五頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。OtherApplications具Kevlar短纖及Ceramics六角板狀結(jié)晶，可提升抗刺穿能力，減少刺破機(jī)會(huì)。第五十六頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。碳纖維自行車車架TCRAlliance是一部結(jié)合了FO碳纖及Aluxx鋁合金科技的自行車,不但保留了碳纖的輕量及吸震優(yōu)點(diǎn),而且同時(shí)擁有了絕佳的競(jìng)速效能接近於全碳纖車的等級(jí)TCRAlliance絕對(duì)是碳纖入門車款的最佳選擇

車架│GIANTformulaOne&CompactRoadTM碳纖/ALUXXSL車架前叉│GIANT碳纖前叉重量│9.5kg

第五十七頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。複合材料自行車車架技術(shù)發(fā)展歷程第一代Carbon/Epoxy金屬焊接膠合無(wú)法回收1985第二代Carbon/Epoxy鋁合金膠合無(wú)法回收1987第三代Carbon/EpoxyCarbon/Epoxy壓模成型無(wú)法回收1990第四代Carbon/TP鋁合金？可回收？第五代Carbon/TPCarbon/TP發(fā)明專利可回收1994第五十八頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。高性能熱塑性複合材料車架之特點(diǎn)無(wú)製程污染：加工過(guò)程無(wú)須使用任何溶劑，而且廢料可作回收使用。材料特性：常溫儲(chǔ)存，使用壽命無(wú)限。安全性：材料強(qiáng)且韌：且破壞韌性(GIC值)約傳統(tǒng)碳纖維五倍以上，大大提昇車架之抗撞擊特性。高殘留強(qiáng)度：管件疲勞測(cè)試後彎曲強(qiáng)度仍可維持原有強(qiáng)度的70%以上，為使用者之最佳安全保障?；厥招裕翰牧峡苫厥?，符合全世界綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念。經(jīng)濟(jì)性：加工過(guò)程可倚賴自動(dòng)化設(shè)備，可降低人力及品質(zhì)成本。舒適性：傳統(tǒng)碳纖維吸震性約較鋁合金優(yōu)20%，熱塑性複合材料較傳統(tǒng)碳纖維優(yōu)30%。第五十九頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。碳纖維網(wǎng)球拍表面膜SurfaceCoatCarbonHybridCloth碳纖維編紗束CarbonRoving碳纖維布CarbonCloth尿烷芯材UrethaneCore第六十頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。柿木、金屬和碳纖維球頭之擊球距離和準(zhǔn)確度比較圖第六十一頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。氣墊船(Hovercraft)AU.S.NavyLCAChovercraftattachedtotheAmphibiousassaultshipUSSKearsargeVosperThornycroftVT2第六十二頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。格柵格柵是采用高強(qiáng)度玻璃纖維長(zhǎng)絲做增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹(shù)脂為基體，經(jīng)特殊加工復(fù)合成型的玻璃鋼結(jié)構(gòu)材料。第六十三頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。具有良好的耐腐蝕性；輕質(zhì)、高強(qiáng)、且便于切割、安裝。內(nèi)在交錯(cuò)編制結(jié)構(gòu)，整體成型的應(yīng)用將負(fù)載分布在縱向柵條和橫向柵條上絕緣、絕燃、無(wú)磁性?？稍O(shè)計(jì)性強(qiáng)，尺寸靈活多樣，尺寸穩(wěn)定。外形美觀，使用周期長(zhǎng)，勿需維護(hù)，安裝方便。第六十四頁(yè)，編輯于星期一：七點(diǎn)五十七分。應(yīng)用場(chǎng)所：化工行業(yè)、造紙業(yè)、發(fā)電廠、污水處理廠、食品加工廠、冶煉廠、礦山、鹽場(chǎng)、核電站、蓄電池廠等