《復(fù)合材料概論》課件

復(fù)合材料概論復(fù)合材料的定義和特點(diǎn)定義由兩種或多種不同性質(zhì)的材料組成的，通過(guò)物理或化學(xué)方法結(jié)合在一起，以獲得單一材料所不具備的優(yōu)異性能的材料。特點(diǎn)高強(qiáng)度、高剛度、高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、可加工性好。應(yīng)用航空航天、交通運(yùn)輸、體育用品、電子電器、能源環(huán)保、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。復(fù)合材料的分類(lèi)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料以纖維為增強(qiáng)相的復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料以顆粒為增強(qiáng)相的復(fù)合材料。層狀復(fù)合材料以層狀結(jié)構(gòu)為增強(qiáng)相的復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料高強(qiáng)度和高模量纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度和剛度，使其成為高性能應(yīng)用的理想選擇。輕量化與傳統(tǒng)的金屬材料相比，纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的重量更輕，可以顯著減輕結(jié)構(gòu)的重量。耐腐蝕性纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料對(duì)腐蝕具有很強(qiáng)的抵抗力，能夠在惡劣的環(huán)境中使用。可設(shè)計(jì)性可以通過(guò)改變纖維的排列方式和材料的組合來(lái)調(diào)整復(fù)合材料的性能，以滿足不同的應(yīng)用需求。聚合物基復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)最常見(jiàn)的聚合物基復(fù)合材料，以其低成本和良好的機(jī)械性能而聞名。碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)具有高強(qiáng)度和重量輕的特性，廣泛應(yīng)用于航空航天和體育用品。芳綸纖維增強(qiáng)塑料(AFRP)具有優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)性，適合于高溫環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)。金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)材料包括碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維等?；w材料通常為金屬材料，如鋁、鈦、鎂等。特點(diǎn)具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷基復(fù)合材料耐高溫陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐高溫性能，可承受極高的溫度而不發(fā)生形變或熔化。耐腐蝕陶瓷基復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕性，不易被酸、堿等化學(xué)物質(zhì)腐蝕。高強(qiáng)度陶瓷基復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受較大的負(fù)荷。碳基復(fù)合材料高強(qiáng)度碳纖維具有高強(qiáng)度和高模量，使其成為各種應(yīng)用的理想材料。耐高溫碳纖維具有優(yōu)異的耐高溫性能，使其適合高溫環(huán)境。耐腐蝕碳纖維耐腐蝕性強(qiáng)，使其成為腐蝕性環(huán)境中的理想材料。復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)和性能增強(qiáng)相增強(qiáng)相通常是高強(qiáng)度的纖維，例如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等。它們提供復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度和抗疲勞性能?；w基體是將增強(qiáng)相粘合在一起的物質(zhì)，例如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂或金屬基體。它們?yōu)閺?fù)合材料提供整體結(jié)構(gòu)和保護(hù)增強(qiáng)相。界面界面是增強(qiáng)相和基體之間的連接區(qū)域，它對(duì)于復(fù)合材料的性能至關(guān)重要。它決定了增強(qiáng)相和基體的結(jié)合強(qiáng)度以及能量傳遞效率。復(fù)合材料的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度彈性模量復(fù)合材料的抗震性能抗震性能優(yōu)缺點(diǎn)高強(qiáng)度、高剛度抗震性能好重量輕震動(dòng)減小，保護(hù)結(jié)構(gòu)阻尼特性吸收能量，減少震動(dòng)傳遞設(shè)計(jì)靈活根據(jù)需求定制抗震性能復(fù)合材料的耐腐蝕性10優(yōu)異復(fù)合材料通常具有優(yōu)異的耐腐蝕性，能夠抵抗各種腐蝕性環(huán)境，例如酸、堿、鹽、氧化劑等。20抗化學(xué)腐蝕復(fù)合材料可以根據(jù)需要選擇不同的基體材料和增強(qiáng)材料，以抵抗特定的化學(xué)腐蝕。30耐久性復(fù)合材料的耐腐蝕性有助于延長(zhǎng)其使用壽命，降低維護(hù)成本。復(fù)合材料的熱性能耐熱性復(fù)合材料的耐熱性取決于基體材料和增強(qiáng)材料的性質(zhì)。熱膨脹系數(shù)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)通常低于金屬材料，這使其在高溫環(huán)境中具有更好的尺寸穩(wěn)定性。熱傳導(dǎo)率復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率一般較低，可以作為熱絕緣材料。復(fù)合材料的電磁性能1000頻率范圍從低頻到高頻，復(fù)合材料的電磁性能會(huì)發(fā)生變化。100介電常數(shù)介電常數(shù)影響復(fù)合材料在電磁場(chǎng)中的極化程度。10磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率反映復(fù)合材料在磁場(chǎng)中的磁化能力。1損耗因子損耗因子表示復(fù)合材料在電磁場(chǎng)中能量損失的程度。復(fù)合材料的制造工藝手糊法最簡(jiǎn)單、最常用的方法，利用模具和樹(shù)脂將纖維鋪設(shè)成型。噴射貼層法將樹(shù)脂和纖維混合后噴射到模具上，形成復(fù)合材料。真空袋成型法利用真空將樹(shù)脂和纖維壓實(shí)，提高材料的強(qiáng)度和均勻性。自動(dòng)纏繞法利用機(jī)器自動(dòng)纏繞纖維，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。注射成型法將樹(shù)脂和纖維注入模具中，形成復(fù)合材料。壓力成型法利用壓力將樹(shù)脂和纖維壓實(shí)，提高材料的強(qiáng)度和密度。手糊法工藝概述手糊法是一種傳統(tǒng)的復(fù)合材料制造工藝，操作簡(jiǎn)單，成本較低，適用于小批量生產(chǎn)。操作步驟首先，將樹(shù)脂和固化劑混合，然后將混合物涂抹在模具上，再將纖維布鋪設(shè)在樹(shù)脂層上，最后進(jìn)行固化處理。噴射貼層法快速成型逐層疊加自動(dòng)化真空袋成型法真空吸附利用真空壓力將樹(shù)脂均勻滲透到纖維增強(qiáng)材料中。壓力控制通過(guò)真空壓力控制樹(shù)脂的流動(dòng)和固化過(guò)程。加熱固化在真空狀態(tài)下加熱樹(shù)脂，使其固化成型。自動(dòng)纏繞法碳纖維纏繞機(jī)自動(dòng)纏繞機(jī)是復(fù)合材料制造中重要的設(shè)備，它利用機(jī)械設(shè)備將纖維帶按照預(yù)設(shè)的路徑纏繞在芯模上，從而形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。自動(dòng)纏繞生產(chǎn)線自動(dòng)纏繞生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和高自動(dòng)化程度的生產(chǎn)，適用于生產(chǎn)大型、復(fù)雜形狀的復(fù)合材料制品，如風(fēng)電葉片、壓力容器、管道等。注射成型法材料熔融將復(fù)合材料預(yù)先加工成顆粒狀，然后將其加熱至熔融狀態(tài)。注射將熔融的材料注入模具中，使其充滿模腔。冷卻固化在模具中冷卻固化復(fù)合材料，使其成型。脫模從模具中取出成型的復(fù)合材料制品。壓力成型法模具壓力成型法使用模具來(lái)塑造復(fù)合材料產(chǎn)品。壓力在模具中，復(fù)合材料在壓力下固化。均勻壓力成型法可以生產(chǎn)具有高強(qiáng)度和均勻性的產(chǎn)品。復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域航空航天飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、尾翼，以及火箭、衛(wèi)星等航天器部件。交通運(yùn)輸汽車(chē)車(chē)身、火車(chē)車(chē)廂、船體，以及高鐵、輪船等交通工具的部件。體育用品自行車(chē)架、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍，以及滑雪板、沖浪板等體育用品。航空航天1機(jī)身復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高，可有效減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率。2機(jī)翼復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)翼形狀，優(yōu)化氣動(dòng)性能，提高飛機(jī)的飛行效率。3尾翼復(fù)合材料的耐腐蝕性強(qiáng)，可以承受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，延長(zhǎng)飛機(jī)的使用壽命。交通運(yùn)輸汽車(chē)輕量化、高強(qiáng)度復(fù)合材料在汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)、保險(xiǎn)杠等部件應(yīng)用廣泛，提升車(chē)輛性能，降低油耗。鐵路復(fù)合材料在高鐵、地鐵車(chē)廂、線路、橋梁等方面應(yīng)用，提高載重能力，減少維護(hù)成本。航空輕量化復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等部件應(yīng)用，提升飛機(jī)性能，降低燃油消耗。體育用品高性能復(fù)合材料能夠?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員提供輕便、堅(jiān)固且耐用的體育器材，例如網(wǎng)球拍、高爾夫球桿和自行車(chē)。定制化通過(guò)調(diào)整復(fù)合材料的成分和結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)員的需求定制器材，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。電子電器手機(jī)復(fù)合材料在手機(jī)外殼、電池、屏幕等方面都有廣泛應(yīng)用，輕量化、耐用性、美觀性等優(yōu)勢(shì)使其成為理想的材料選擇。電腦復(fù)合材料在電腦外殼、散熱器等方面也發(fā)揮著重要作用，其耐高溫、抗沖擊、防腐蝕等特性可以提升產(chǎn)品性能和使用壽命。家電復(fù)合材料在冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等家電產(chǎn)品中也有應(yīng)用，其輕量化、耐腐蝕、易成型等優(yōu)點(diǎn)可以提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造效率。能源環(huán)保風(fēng)力發(fā)電，利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，可持續(xù)清潔能源。太陽(yáng)能發(fā)電，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，環(huán)保清潔。節(jié)能汽車(chē)，采用輕量化復(fù)合材料，降低油耗。醫(yī)療器械人工關(guān)節(jié)復(fù)合材料在人工關(guān)節(jié)，如髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的制造中發(fā)揮著重要作用。它們提供輕便，耐用和生物相容的特性。牙科植入物復(fù)合材料用于牙科植入物，因?yàn)樗軌蚺c骨骼很好地結(jié)合，并提供持久的強(qiáng)度和耐用性。醫(yī)療注