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纺织结构复合材料第一讲.


通过以上对复合材料的多种定义可以发现,复合材料是两 个或两个以上的不同化学性质的组元或不同组织相组成的 结合体,是不同的材料在宏观尺度上组合而成的一种有用 的材料。并应满足以下三个条件: (1)各组元含量都大于5 %;(2)复合材料的性能显著不同于各组元的性能, (3)通 过各种方法混合而成。 对于复合材料,应该强调正面效果,即复合后的整体性能 应超过组分材料,同时保留了所期望的性能(例如高强度、 刚度、轻的重量),抑制了所不期望的特性(例如低延性) , 复合材料应该是多功能的材料系统,可提供任何单一材料 所无法获得的特性。也就是说,并非随意将不同种类的原 材料混合在一起都能够得到复合材料。
复合材料应具有以下特点
4 复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复 合材料具有新的、独特的和可用的性能,这种性 能是单个组分材料性能所不及或不同的; 5 复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材 料,即组元之间存在着明显的界面。
6 复合材料是非天然形成的,以区别于具有某些复 合材料形态特征的天然物质。
1.1 复合材料概述
(关于复合材料,有着不同的定义方式。 ) “由两种以上不同的原材料组成,并使原材料的性能得到充分发挥,通过复 合化而得到单一材料所不具备的性能。 ”( 岛 村昭治 . 未来を拓く先端材 料,工业调查会,1982 ) “把一些个体典型或基本的特性组合,而得到的物质。”(余永宁 等 译. 金 属基复合材料导论,北京,冶金工业出版社,1996 ) “由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。”(吴人洁, 复合材料,天津大学出版社,2000) “经过一定的操作,将复数个原材料合体,或者是由复数个相生成,且具有 比原材料优异的性能。”(香川 丰,八田博志. セラミックス基复合材料, アグネ承风社,1990 )
7 优异的物理化学性能:轻质高强、耐化学腐蚀、 抗疲劳性能好、减振性能好、耐热性好等。
复合材料的命名
复合材料的结构通常是一个相为连续相,称为基体;而另一相是以独 立的形态分布在整个连续相中的分散相,与连续相相比,这种分散相 的某些性能优越,会使材料的性能显著增强,故常称为增强体 (也称 为增强材料、增强相等);
功能复合材料中的基体不仅起到构成整体的作用,而且能够产生协同或加 主要用于制造受力构件;结构复合材料主要是作为承力结构使 强功能的作用。 用的复合材料,它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联 接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组 元构成。 结构复合材料的特点:可根据材料在使用中受力的要求进行组 元选材和增强体排布设计,从而充分发挥各组元的效能。
1.1 复合材料概述
尽管定义的细节有所不同,但其要点是共同的。 1 含两种以上不同的化学相。 2 具有每个组分所不具备的优良性能。
至于天然材料的骨骼、竹子、木材等是否应属于复合材料的范畴,尚有 不同的看法。但一般认为它们应属于具有复合材料形态的天然材料。这 样,复合材料的含义就还应该包括:人工制造、成分由人们有意识的选 择;具有重复的几何形状等。
复合材料应具有以下特点
1 复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计 的,即复合材料具有可设计性; 2 组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固 有的物 理和化学性质(区别于化合物和合金); 3 复合材料不仅能保持原组分的部分优点,而且产 生原组分所不具备的新性能,就是说复合材料中 各组元不但保持各自的固有特性,而且可最大限 度发挥各种材料组元的特性,并赋予单一材料组 元所不具备的优良持殊性能;
在大多数情况下,分散相较基体硬,强度和刚度较基体大。分散相可 以是纤维及其编织物,也可以是颗粒状或弥散的填料,在基体与增强 体之间存在着界面;
复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法,比较共同的趋势 是根据增强体和基体的名称来命名,通常有以下三种情况:
复合材料的命名
(1)强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基 复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
复合材料的历史
从广义上讲,复合材料已有很久的历史。远古时代人们用 稻草掺入黏土做土坯。古代人们用钢铁层压法制成刀剑等。 近代的复合材料是以1942年制出的玻璃纤维强化塑料为起 点。随后为了提高纤维的弹性率,开发了硼纤维、碳纤维、 耐热氧化铝纤维等。另一方面,为了改善树脂的耐热性, 对金属基复合材料也开展了研究。FRM的耐热温度已达 450℃,强度在1500 MPa以上。同时,对陶瓷等无机材料 作为复合材料的基体也有了重新的认识,在研究开发的基 础上有了广泛的应用。 如果将玻璃强化树脂看作是第一代复合材料,则CFRP、 BFRP可以称为第二代复合材料。进一步,以金属或陶瓷 为基体的先端复合材料则可以称为第三代复合材料。
能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联,从而获 得更优越的性能,与一般材料的简便混合有本质区别。”
《材料大辞典》:“复合材料是根据应用的需要进行设计,把两种以
上的有机聚合物材料,或无机非金属材料,或金属材料组合在一起, 使之互补性能优势,从而制成的一类新型材料。一般由基体组元与增 强材料或功能体组元所组成,因此亦属于多相材料范畴。”
纺织结构复合材料
孙宝忠
第一章 绪论
1.1 复合材料概述
定义和分类:国际标准化组织:“由两种以上在物理和化学上不同的物 质组合起来而得到的一种多相固体材料。” 《材料科学技术百科全书》:“复合材料是由有机高分子、无机非金 属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保
留原组成材料的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性
(2)强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻 璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶 瓷颗粒增强复合材料等。 (3)基体材料名称与增强体材料并用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ这种命名方 法常用来表示某一种具体的复合材料,习惯上把 增强体材料的名称放在前面,基体材料的名称放 在后面。
复合材料的分类
(1)按使用性能分类:结构复合材料、功能复合材料等。 ( 2 )按基体材料分类,树脂基复合材料、金属基复合材料 和无机非金属基复合材料等。 ( 3 )按增强材料形态分类,颗粒增强复合材料、薄片增强 2) 功能复合材料 复合材料、纤维增强复合材料(连续纤维增强复合材料、 指具备各种特殊物理与化学性能的材料。 短纤维增强复合材料或晶须增强复合材料等。 例如:声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能 ( 4 )按增强纤维类型分类,碳纤维复合材料、玻璃纤维复 等。 合材料、有机纤维复合材料、陶瓷复合材料等。 功能复合材料中的增强体又可称为功能体组元,它分布于基体组元中。 (1) 结构复合材料
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