复合材料发展史
➢ 天然复合材料 竹、木、茅草、贝壳、骨骼
➢ 传统复合材料 麻刀（纸筋）石灰；土坯（草秆、粘土）；钢筋混 凝土；
➢ 通用复合材料 1940年玻璃纤维增强塑料（GFRP）
➢ 先进复合材料 1960— 年，复合材料从结构复合材料→单功能复 合材料→多功能复合材料→
机敏材料和智能材料。 智能材料具有接受、传递、处理和发射信息的功能 ，是信息科学溶入材料科学的产物。
大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复 合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。
B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由 碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。
轻巧的碳/碳复合材料
全复合材料机身：轻型机的价格，中型机 的宽敞客舱，客舱内站立高度为1.65米。
目前商用飞机上复合材料仅占全机重 量的50%，而某些直升机早已达到90%
其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料 和智能材料。
人类从天然物质中选择提炼出人类生活所必 要的物质而加以利用。
制造这些物质有两种方法：
➢ 一种是利用了化学反应的物质合成；
➢ 另一种是通过组合两种以上的物质，制成具 有更高性能的材料。用后一种方法制造出的 物质称之为复合材料。
The Materials Science Tetrahedron 材料科学四面体
先进复合材料
❖ 功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化 学、生物等性能的复合材料。
❖ 包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸 声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具 有广阔的发展前途。
❖ 未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成 为复合材料发展的主流。
❖ 未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、 仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材 料等领域。
➢ 40年代，玻璃纤维增强塑料（GFRP）复合 材料发展的第一代
➢ 6080年代，先进复合材料 复合材料发展的第二代
➢ 80 年，先进复合材料充分发展 复合材料发展的第三代
复合材料的定义
复合材料是由两种或两种以上的固相组 分，以微观或宏观的形式组成的材料；它 具有与其组成物质不同的新的性能。
复合材料的性能特点
一种天然生物复合材料 — 竹子
先进复合材料
先进复合材料是比原有的通用复合材料有更高性 能的复合材料。 包括用各种高性能增强剂(纤维等)与耐温性好的 热固性和热塑性树脂基体所构成的高性能树脂基 复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、 玻璃基复合材料、碳基复合材料。 包括使用其力学性能的结构复合材料和使用热、 电、磁、光、核、生物及其他性能的功能复合材 料。
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
绿可木，生态木塑复合材 料，木塑复合材料吸音板
复合材料（玻璃钢）制品
采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑碳纤维/脂复合材料碳/碳复合材料
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤，矫 生物医学制品和以体育运动器 正生理机能，和帮助病人复原。 材为主的碳纤维复合材料制品
结构
固有特性
制作方法
测定性能
性能价格比Cost(price)performance
使用性能
复合材料按基体材料分类
复合材料
树脂基 金属基
陶瓷基
热固性 热塑性
碳基
玻璃基 水泥基
复合材料按功能分类
复合材料
结构复合材料
功能复合材料
力
电、磁、光、热、放射性
耐腐蚀、耐烧蚀、生物相容性、隐身等
先进复合材料的发展史
基体相
陶瓷基 金属基 高聚物基
复合材料的命名
把增强剂的名称放在前面，基 体的名称放在后面来命名，如碳 纤维环氧复合材料。
现代复合材料学科
包括增强材料、基体材料、界面粘结、结 构设计、成型工艺、性能测定等方面并逐步 形成了一门与化学、物理、力学及各种应用 学科有关的跨学科的、有着广泛内在联系并 互相渗透和互相推动的材料学科。
热塑性复合材料再近20年中，增长 速率持续较快，是热固性的3倍。
JS系列自润滑复合材料与部件
三维纺织预成型技术和RTM技术是研制和开发高性能复 合材料结构件的关键技术。RTM成型的复合材料头盔。
❖ 锂/复合材料聚合物电解质-热电池
聚合物纳米复合材料
聚合物 层状粘土
传统的 复合材料
插入的 纳米复合材料
飞机上用的复合材料
碳纤维/环氧树脂 碳纤维/芳纶/环氧树脂
玻璃纤维增强塑料
芳纶/杜邦聚酰胺
芳纶/泡沫芯板 碳纤维/杜邦聚酰胺
增韧石墨 石墨 混杂复合材料 玻璃纤维
飞机上用的复合材料
车身：开创性的大量应用源自F1赛车的碳纤 维复合材料
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮
中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题
荷兰计划研发新型绿色环保飞机
外形将酷似飞碟,另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复 合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。
复合材料军用吉普车
玻璃纤维/ 碳纤维/ 增强树脂 美洲轻木 泡沫
超级跑车 车身大量应用碳纤维复合材料
生产充气船及其胶布制品，采用 国际上先进的A级RTP复合材料
片状剥离的 纳米复合材料
新型的纳米黏土
片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好
复合材料的铺层优化设计
当前常用的模压料品种有 热固性复合材料， 包括SMC、BMC和TMC等；热塑性复合材料
国际上的材料专家普遍认为当前人类已经从合成 材料的时代进入复合材料时代。因为想要合成一 种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标 是非常困难的。
比强度、比刚度（比模量）大；性能可设计 、易制成结构件；各向异性、非均匀性
以聚合物基复合材料为例： 1. 比强度、比刚度（比模量）大 2. 耐疲劳性能好 3. 减震性好 4. 过载时安全性好 5. 具有多种功能性 6. 有很好的加工工艺性
复合材料的组成
复合材料的组成
增强相
界面相
一维：长纤维、短纤维和晶须 二维：碎片纳米材料 三维：粒子
复合材料
引言
➢ 人类为了谋求生存和发展，企求用理想材料制 成新工具的愿望总是随着历史的发展不断探索不 断前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展 的历史息息相关。
➢ 研究人类历史的人们都可以清楚地知道，人类历 史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应 用分不开的。
➢ 历史学家把人类发展史划分为： 石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。