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复合材料概述复合材料概述复合材料的基本概念 复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 复合材料由连续相的基体基体和被基体包容的相增强体组成。 增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质和在最终复合材料中的形态来区分的。其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。1、室温力学性能对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起的开裂。 材料的拉伸失效有两种：第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。 第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾部脱粘。因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变大于基体的失效应变。 2、高温力学性能室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700保持不变，然后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升高从室温的137GPa降到850的80 GPa。这一变化显然与材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。 定义： 基体材料为树脂，增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等通过不同的工艺组成的复合材料。 优点： 轻质高强 突出的防腐性能（通过采用不同的基体树脂） 电绝缘性优良 隔热蔽音 安装维护简便 外观颜色可自由选择主要用途：建筑建筑/基础设施基础设施 广告牌 格栅 栅栏 水沟和排水渠 扶手 板材 屋顶承重梁水处理水处理 平台 楼梯 隔板 格栅 扶手 交通运输交通运输 公路防护栏 高速公路防眩板 地铁三轨防护罩 桥梁封闭系统 桥面板弯曲拉挤型材电子电工电子电工 电缆桥架 绝缘部件 梯子部件 灯杆 透频构件 线路系统天线罩 电缆保护管梯子梯子 体育用品体育用品 帐篷杆帐篷杆 工具手柄工具手柄 其它其它分类： 热塑型树脂基复合材料 热固型树脂基复合材料 20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收pvd复合材料复合材料利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上热塑性树脂基复合材料定义： 以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。 热固型树脂基复合材料主要原材料不饱和树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂以及其它新型树脂增强材料玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维毡及其它增强材料如芯材等 15 由于复合材料的轻质高强持性，使其在航空由于复合材料的轻质高强持性，使其在航空航天领域得到广泛的应用。在航空方面，主要用航天领域得到广泛的应用。在航空方面，主要用作战斗机的机冀蒙皮、机身、垂尾、副翼、水平作战斗机的机冀蒙皮、机身、垂尾、副翼、水平尾冀、雷达罩、侧壁板、隔框、翼肋和加强筋等尾冀、雷达罩、侧壁板、隔框、翼肋和加强筋等主承力构件。主承力构件。复合材料的应用16由复合材料制成的汽车质量减轻，在相同条件下的耗油量只由复合材料制成的汽车质量减轻，在相同条件下的耗油量只有钢制汽车的有钢制汽车的1 14 4，而且在受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲，而且在受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲击能量，保护人员的安全。用复合材料制造的汽车部件较多，如击能量，保护人员的安全。用复合材料制造的汽车部件较多，如车体、驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱动轴、板车体、驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱动轴、板黄等。黄等。 随着列车速度的不断提高，火车部件用复合材料来制造是随着列车速度的不断提高，火车部件用复合材料来制造是最好的选择。复合材料常被用于制造高速列车的车箱外壳、内装最好的选择。复合材料常被用于制造高速列车的车箱外壳、内装饰材料、整体卫生间、车门窗、水箱等。饰材料、整体卫生间、车门窗、水箱等。 17在化学工业方面，复合材料主要被用于制造防在化学工业方面，复合材料主要被用于制造防腐蚀制品。聚合物基复合材料具有优异的耐腐蚀性腐蚀制品。聚合物基复合材料具有优异的耐腐蚀性能能。例如，在酸性介质中，聚合物基复合材料的耐例如，在酸性介质中，聚合物基复合材料的耐腐蚀性能比不锈钢优异得多。腐蚀性能比不锈钢优异得多。18聚合物基复合材料是一种优异的电绝缘材料，聚合物基复合材料是一种优异的电绝缘材料，被广泛地用于电机、电工器材的制造，如绝缘板、被广泛地用于电机、电工器材的制造，如绝缘板、绝缘管、印刷线路板、电机护环、槽楔、高压绝缘绝缘管、印刷线路板、电机护环、槽楔、高压绝缘子、带电操作工具等。子、带电操作工具等。19玻璃纤维增强的聚合物基复合材料玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢玻璃钢)具有力具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，因此，它是一种理想蚀性能好和装饰性能好的特点，因此，它是一种理想的建筑材料。的建筑材料。在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结构、在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结构、冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。20 复合材料在机械制造工业中，用于制造各种叶片、复合材料在机械制造工业中，用于制造各种叶片、风机、各种机械部件如齿轮、皮带轮和防护罩等。风机、各种机械部件如齿轮、皮带轮和防护罩等。 用复合材料制造叫片具力制造容易、质量轻、用复合材料制造叫片具力制造容易、质量轻、耐腐蚀等优点，各种风力发电机叶片都是由复合材耐腐蚀等优点，各种风力发电机叶片都是由复合材料制造的。料制造的。21由于复合材料的性能优于传统材料，如能降由于复合材料的性能优于传统材料，如能降低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。22 高性能复合材料是指具有高性能复合材料是指具有、等特性等特性的复合材料。的复合材料。随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。的强度要求、更高的耐温要求等。23 功能复合材料是指具有功能复合材料是指具有、等功能的复合材料。等功能的复合材料。24 智能复合材料是指具有智能复合材料是指具有、及及的复合材料。的复合材料。在技术上是通过在技术上是通过、来实现复合材料的来实现复合材料的上述能力。上述能力。例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生损伤时，例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生损伤时，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通过控制器决策后，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通过控制器决策后，控制埋入的形状记忆合金动作，在损伤周围产生压应力，从控制埋入的形状记忆合金动作，在损伤周围产生压应力，从而防止损伤的继续发展，大大提高了飞机的安全性能。而防止损伤的继续发展，大大提高了飞机的安全性能。25复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显成功地制备出具有明显与与的新型梯度的新型梯度复合材料。复合材料。 仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成陶瓷细仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成陶瓷细带制成了带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料比其原材料坚固比其原材料坚固40。26 从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在与环境不相协性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在与环境不相协调的问题。因此，开发、使用与环境相协调的复合材料，调的问题。因此，开发、使用与环境相协调的复合材料，是复合材料今后的发展方向之是复合材料今后的发展方向之。END28 结束语结束语