纺织结构复合材料第一讲
能源领域
l 地热能源利用一是采暖, 二是发电。复合材料在地热能的应用主要 是管道, 冷却塔, 变电设备中绝缘,消声器, 隔热、保温设备上, 这主 要利用复合材料的耐热防腐、比强度高、隔热性好, 而且容易制造、 安装、修补等优点。
l 储能是合理利用能量的一种方法, 它可将剩余能量储存起来供需要 时使用。复合材料飞轮是一种很好的储能设备, 这就是利用复合材 料缠绕制品有很大的环向强度, 同时材料密度又很小。
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应用举例
l 航空航天 l 电子信息 l 建筑 l 汽车 l 农业 l 生物材料 l 体育运动
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1.2增强纤维和基体基本知识
•芯片封装 •电路板
复合材料
•信息存储
•磁记录 •光记录
•信息传播
•光导纤维 •导波管
•信息执行
•机械动作 •高强高刚
•信息技术的 每一步发展都 与材料息息相
关
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2) 对提高人类生活质量做出贡献
•衣
•纺织机械
•食
•蔬菜大棚
•住
•建筑材料
复合材料
•行
•交通工具
•改善舒适性
•轻质高强、隔音隔热 •墙体门窗、整体洁具 •飞机车辆、大小船舰 •高速列车的车体结构
纺织结构复合材料第一讲Fra bibliotek能源领域
l 轻量化是汽车节能的重要手段, 采用轻质高强材料, 是实现汽车轻 量化重要途径。高性能复合材料的应用使汽车“ 轻量化” 上升 到一个新水平。
l 在火车车厢制造领域早已应用复合材料, 如双层玻璃钢车厢。随 着火车的提速, 特别是实现高速列车后, 复合材料正成为越来越重 要的一类材料。
l 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。
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。
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复合材料的命名
l 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)；
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l 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。
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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。
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复合材料的历史
l 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。
l 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；
l 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：
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复合材料的命名
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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；
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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。
（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。
（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。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。
•提高安全性
•抗冲韧性、吸收能量 •汽车保险杠轿车底板 •自诊断机敏复合材料 •高层建筑抗地政灾害
•提高健康水平
•修复植入人造器官 •成分设计、调整应力
•生物相容性 •人工关节、夹骨板
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3) 在解决资源短缺与能源危机方面的贡献
•开发新能源 与节约能源
•提高太阳能的转换率（光电池、框架） 风力发电装置（大型化的叶片、支柱） 核燃料（铀分离转子）；潮汐发电
•轻 量 • 耐热性
•氧化铝纤维 •石墨纤维
•泡沫材料 •工程塑料
•延伸与 韧性
•氮化铝纤维
•晶 须
•-SiC •-Al2O3 •Si3N4
•石墨
•混凝土
•石 膏
•定向凝固 共晶
•自增强 塑料
•聚酰亚 硝胺
•金 属
•陶 瓷 •石 墨
•功能化
•碳化硅纤维
•功能 •复合材料
•扩散接合 •表面处理 •CVD(化学气相沉积) •CVI(化学气相渗透)
l 复合材料在太阳能利用方面的应用也是多方面, 从航天器、卫星上 的太阳能帆板、太阳能电池、到太阳能采暖设备、发电设备、空调 制冷设备中处处可见复合材料制品, 特别是太空太阳能发电站, 大部 分构件是用碳纤维复合材料制成。
l 由于复合材料的非磁性、隔热和特别适用于低温等优点, 可以制成 超导线圈支架、超低温容器等。用复合材料制造的离心机转筒, 转 速高、效率大, 是最理想的材料。
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4）在治理环境中可起的作用
复合材料
•降低污染
➢整体近净成形 ➢降低原材料用量 ➢节约加工能耗 ➢延长设施寿命 ➢功能膜支撑网格 ➢碳纤维缠绕气瓶 ➢废水治理厂管道
•利用废弃 物
➢材料互补 ➢矿渣 ➢木屑 ➢废塑料 ➢麦杆 ➢稻草 ➢野生植物
•“绿色”材 料
➢自然降解 ➢提高性能 ➢利用天然纤维 ➢透明农膜 ➢一此性餐具 ➢降解后变为
复
合
•开发海洋
•耐高压、耐海水腐蚀的深海勘探装置
材
•与空间
（碳纤维增强树脂装置已潜入海下1000m） 海上石油平台、空间站、航天器等
料
•挖掘尚未被 利用的能源
•镁（轻量、阻尼性能好，力学性能差） 颗粒增强或晶须增强，扩大应用范围 野生植物、无机矿物、电厂烟囱煤灰
•使基础设施 •延长寿命
•基础设施建设的重要性 •高性能纤维增强混凝土，取代钢筋
•肥料或饲料
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“绿色复合材料”
l 完全源于生物质,并能完全生物降解的复合 物被定义为“绿色复合材料”。它们可由 各种天然/ 生物纤维和生物高聚物基体，在 纳米尺寸上进行调控,复合制成。这类材料 的主要优点是环境友好，完全降解，源于 可持续性资源，在废弃后不伤害环境，同 时能够容易地处置或堆肥。
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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 ）
纺织结构复合材料第一 讲
2020/11/30
纺织结构复合材料第一讲
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 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。”