复合材料原理.ppt
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1、复合材料原理复合材料原理 1、绪论、绪论 2、复合材料的复合效应、复合材料的复合效应 3、复合材料的界面状态解析、复合材料的界面状态解析 4、复合体系的界面结合特性、复合体系的界面结合特性 5、复合体系的典型界面反应复合体系的典型界面反应 6、复合材料的界面处理技术、复合材料的界面处理技术主要内容主要内容27、复合材料物理和化学性能的复合规律、复合材料物理和化学性能的复合规律8、结构复合材料、结构复合材料9、功能复合材料、功能复合材料31 绪绪 论论 一、复合材料的起源:一、复合材料的起源:4二、复合材料的定义二、复合材料的定义 1、定义、定义2、复合材料区别于任意混合材料的一个主要特征、复合
2、材料区别于任意混合材料的一个主要特征由两种或两种以上不同性质由两种或两种以上不同性质的单一材料,通过不同复合的单一材料,通过不同复合方法所得到的宏观多相材料。方法所得到的宏观多相材料。多相结构存在着复合效应多相结构存在着复合效应3、复合材料相区尺寸的界定、复合材料相区尺寸的界定相区尺寸大于相区尺寸大于1m的宏观多相材料,不包括相区尺寸在的宏观多相材料,不包括相区尺寸在0.011m之间的微观分相材料,但随着科学技术的发之间的微观分相材料,但随着科学技术的发展,这一概念在逐步淡化,并出现分子复合材料。展,这一概念在逐步淡化,并出现分子复合材料。5三、复合材料的发展三、复合材料的发展1、几千年前,在
3、粘土中加入稻草;、几千年前,在粘土中加入稻草;2、漆器:麻与大漆构成的;、漆器:麻与大漆构成的;3、混凝土:砂石和水泥复合得到。、混凝土:砂石和水泥复合得到。A、原始复合材料、原始复合材料6B B、现代意义上的复合材料的发展、现代意义上的复合材料的发展 1、硫硫化化橡橡胶胶:1839年年美美国国人人CGoodyear发发明明的的橡橡胶胶硫硫化化法法,在在橡橡胶胶原原料料中中加加入入硫硫化化剂剂、填填料料、增增强强剂剂和和防防老老剂剂等助剂所制得的一种工业复合材料;等助剂所制得的一种工业复合材料;2、玻璃纤维增强塑料:上世纪、玻璃纤维增强塑料:上世纪40年代,首先在美国出现;年代,首先在美国出现
4、;3、先先进进复复合合材材料料:上上世世纪纪60年年代代相相继继出出现现了了以以碳碳纤纤维维和和聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂;聚芳酰胺纤维等高模量纤维为增强剂;4、金金属属、陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料:上上世世纪纪70年年代代则则又又出出现现以以金金属、陶瓷等为基体材料的复合材料。属、陶瓷等为基体材料的复合材料。狭义上指比刚度、比强度超过铝合狭义上指比刚度、比强度超过铝合金的碳纤维增强树脂基复合材料,金的碳纤维增强树脂基复合材料,但也有研究人员将其概念扩展到一但也有研究人员将其概念扩展到一些最新发展研制的、具有先进性能些最新发展研制的、具有先进性能的其他复合材料,如金属基复合材的其他复合
5、材料,如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。料、陶瓷基复合材料等。7四、复合材料的分类:四、复合材料的分类:1、无机非金属基复合材料、无机非金属基复合材料2、聚合物基复合材料、聚合物基复合材料3、金属基复合材料、金属基复合材料基体材料不同基体材料不同84.1 复合材料中的材料设计和结构设计复合材料中的材料设计和结构设计工程应用的角度工程应用的角度结构复合材料结构复合材料功能复合材料功能复合材料以其力学性能如强以其力学性能如强度、刚度、形变等度、刚度、形变等特性为工程所应用特性为工程所应用以其声、光、电、热、磁等物理以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用,诸如压电材特性为工程所应用,诸如压电
6、材料、阻尼材料、自控发热材料、料、阻尼材料、自控发热材料、吸波屏蔽材料、磁性材料、生物吸波屏蔽材料、磁性材料、生物相容性材料、磁性分离材料。相容性材料、磁性分离材料。91 1、复合材料的组成:、复合材料的组成:增强体(结构复合材料)增强体(结构复合材料)基体(或基体材料)基体(或基体材料)+功能体(功能复合材料)功能体(功能复合材料)作用:作用:A、结构复合材料:、结构复合材料:增强体:在结构复合材料中主要起承受载荷的作用;增强体:在结构复合材料中主要起承受载荷的作用;基基 体:起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。体:起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。B、功能复合材料:、功能复合材料
7、:基基 体:主要起连接作用;体:主要起连接作用;功能体:是赋予复合材料以一定的物理、化学功能。功能体:是赋予复合材料以一定的物理、化学功能。10复合材料区别于单一材料的主要特点:复合材料区别于单一材料的主要特点:1)不不仅仅保保持持其其原原组组分分的的部部分分优优点点,而而且具有原组分不具备的特性;且具有原组分不具备的特性;2)材料的可设计性)材料的可设计性;3)材料与结构的一致性)材料与结构的一致性。11材料材料A材料材料B优点优点缺点缺点优点优点缺点缺点组合组合1组合组合2组合组合3组合组合4材料优、缺点组合示意图材料优、缺点组合示意图最佳组合最佳组合最差组合最差组合12 复复合合材材料料
8、必必须须通通过过对对组组分分的的选选择择、各各组组分分分分布布设设计计和和工工艺艺条条件件的的控控制制等等,以以期期保保证证原原组组分分材材料料的的优优点点相相互互补补充充,同同时时利利用用复复合合材材料料的的复复合合效效应应使使之之出出现现新新的的性性能能,最最大大限限度度地地发发挥挥复复合合的的优势。优势。13Eg:1)高强度结构材料:可选用高强度纤维)高强度结构材料:可选用高强度纤维 2)高模量结构材料:应选用高模量纤维)高模量结构材料:应选用高模量纤维 3)耐高温结构复合材料:应选择耐高温材料为基体。)耐高温结构复合材料:应选择耐高温材料为基体。树脂基复合材料树脂基复合材料400);碳
9、碳-碳复合材料碳复合材料2400);金属基复合材料金属基复合材料(400-1300);陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料(1300-1650)。144)电电磁磁波波屏屏蔽蔽材材料料:应应选选用用含含有有导导电电性性功功能能剂剂的的树树脂脂 基复合材料。基复合材料。5)化工防腐蚀的复合材料)化工防腐蚀的复合材料 对对于于酸酸性性介介质质:用用中中碱碱玻玻璃璃纤纤维维为为增增强强体体和和耐耐酸酸性性良良好好的树脂的树脂(如乙烯基酯树脂如乙烯基酯树脂)为基体;为基体;对对于于碱碱性性介介质质:宜宜采采用用无无碱碱玻玻璃璃纤纤维维为为增增强强体体和和耐耐碱碱性性良好的树脂良好的树脂(如胺固化环氧树脂如胺固化
10、环氧树脂)。15复合材料特性:复合材料特性:16抗拉强度与密度抗拉强度与密度之比之比比强度高的材料比强度高的材料能承受高的应力能承受高的应力弹性模量与密度之弹性模量与密度之比比比模量高说明材料比模量高说明材料轻而且刚性大轻而且刚性大17疲劳破坏的种类不同:疲劳破坏的种类不同:金属:金属:突发性破坏突发性破坏 疲劳强度极疲劳强度极限是其拉伸强度的限是其拉伸强度的30%50%聚合物基复合材料:聚合物基复合材料:有预兆破坏有预兆破坏 极限为拉伸强度的极限为拉伸强度的70%80%18受力结构的自振频率有关因素:受力结构的自振频率有关因素:结构形状结构形状 比模量的平方根成正比比模量的平方根成正比同时,
11、复合材料中的同时,复合材料中的基体界面基体界面具有吸震能力,使材料的具有吸震能力,使材料的震动阻尼很高,即使激起振动也能很快衰减。震动阻尼很高,即使激起振动也能很快衰减。19 在纤维复合材料中,由于有大量独立的纤维,在纤维复合材料中,由于有大量独立的纤维,在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根,多达在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根,多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时,载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维裂时,载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上,不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而上,不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂,仍
12、能安全使用一段时间。断裂,仍能安全使用一段时间。20(1)密度低密度低;(2)耐腐蚀;耐腐蚀;(3)易氧化、老化;易氧化、老化;(4)聚合物的耐热性通常较差;聚合物的耐热性通常较差;(5)易燃;易燃;(6)低的摩擦系数;低的摩擦系数;(7)低的导热性和高的热膨胀性;低的导热性和高的热膨胀性;(8)极佳的电绝缘性和静电积累;极佳的电绝缘性和静电积累;(9)聚合物可以整体着色而制得带色制品。聚合物可以整体着色而制得带色制品。(10)聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。聚合物的一些力学性能随其分子结构的改变而变化。21增强体和功能体在复合材料中起主导作用增强体和功能体在复合材料中起主导作用
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- 复合材料 原理
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