第四章 复合材料结构与性能
一、概述
一、概述
• 水凝胶类人工皮又称冻胶，是亲水性聚合 物或水溶胀性聚合物，其粘附性能较好。 例如, 氧化乙烯-氧化丙烯的共聚物凝胶可 先制成溶液；将溶液涂在创面上于体温下 固化为人工皮。这种凝胶含水量达80%， 能帮助维持体液平衡，加入消炎药和维生 素等药物后还能促进创面愈合。
二、聚合物基复合材料
• 高分子复合材料 高分子复合材料是高分子和其他材料的交 叉科学，材料科学的目的就是制备性能完 美，功能更多，价格更便宜的材料。
二、聚合物基复合材料
聚合物基 复合材料
聚合物基 宏观复合材料
聚合物基 纳米复合材料
通常所说的聚合物 基复合材料
二、聚合物基复合材料
5.2.1 概述
聚合物-玻璃纤维复合材料：20世纪50年代 碳纤维复合材料：20世纪60年代 聚合物-有机纤维复合材料：20世纪70年代
航空航天领域广泛应用
二、聚合物基复合材料
• 类型及特点 纤维增强制品 液晶分子复合制品 纳米复合制品
二、聚合物基复合材料
5.2.2 增强剂 主要品种: 玻璃纤维;碳纤维;硼纤维 ;芳纶纤
二、聚合物基复合材料
• 超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一， 尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还 具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已 用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探 雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、 医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也 有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国 家的极大兴趣和重视。
二、聚合物基复合材料
以上。
一、概述
(2)按基体材料分类： 聚合物复合材料(+) 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳碳复合材料 水泥基复合材料
一、概述(3)按用途分类 结 Nhomakorabea复合材料 功能复合材 结构 / 功能一体化复合材料
一、概述
(4)按增强剂分类 颗粒增强复合材 晶须增强复合材料 短纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料 混杂纤维增强复合材料 三向编织复合材料
二、聚合物基复合材料
1、聚合物基复合材料的分类 2、聚合物基复合材料的性能 3、聚合物基复合材料的制备工艺 4、复合材料成型固化工艺
（1） 工艺性 （2） 复合材料的固化工艺过程
二、聚合物基复合材料 5 、PMC的界面
（1）PMC的界面特点 （2）PMC的界面表征 （3）PMC的界面作用机理 （4）PMC的界面设计 6、 纤维增强聚合物复合材料的力学性能 （1)静态力学性能 （2) 疲劳性能 (3) 冲击和韧性
一、概述
人造皮肤
一、概述
1、复合材料ISO定义为是：两种或两种以上物理和 化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材 料。
复合材料应满足下面三个条件 （1）组元含量大于 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。
一、概述
2、复合材料的特点： 1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或
维; 金属纤维 ; 液晶高分子（LCP） ;超高 分子量聚乙烯纤维; 纳米插层剂 ;天然纤维 等
二、聚合物基复合材料
高性能复合材料的玻璃纤维主要有: 高强度玻璃纤维、石英 玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等.
高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用 产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、 预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育 用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘 子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻 璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂 可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量 应用于火箭、导弹的防热材料。
一、概述
4、复合材料的分类 (1)按性能分类 ：
普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普 通聚合物复合材料，如玻璃钢、钢筋混凝土等。
先进复合材料：高性能增强剂（碳、硼、氧化铝、 SiC纤维及晶须等）增强高温聚合物、金属、陶瓷 和碳（石墨）等复合材料
先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到 400MPa / (g / cm3) 和40GPa / (g / cm3)
二、聚合物基复合材料
• 芳纶纤维
20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展 了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已 投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、 比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复 合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流 罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救 生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、 高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。
二、聚合物基复合材料
• 碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能， 首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和 体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、 汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。 2019~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%， 而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳 纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水 平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性 能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、 规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
微观 复合在一起的新型材料，组分之间存 在着明显的界面。
2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限 度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料 所不具备的优良特殊性能。
3）复合材料具有可设计性。
一、概述
3、复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成：
基体：构成复合材料的连续相；
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形 态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性 能优越，会使材料的性能显著改善和增强。 增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基 体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状 或弥散状。 增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。