第9章复合材料

第9章复合材料复合材料汽车镁合金复合材料汽车第九章复合材料纤维陶瓷复合材料刹车片高分子复合材料第九章复合材料纤维增强网管第九章复合材料弹性高级纤维增强耐压管第九章复合材料高分子复合材料第九章复合材料一、复合材料的种类

1．按性能分

⑴功能复合材料：处于初始研制阶段

⑵结构复合材料：大量研制和应用第一节复合材料种类及性能2．按基体分

⑴非金属基复合材料

⑵金属基复合材料第一节复合材料种类及性能3．按增强剂种类和形状分

⑴颗粒复合材料

⑵层状复合材料

⑶纤维增强复合材料

a.玻璃纤维增强复合材料

b.碳纤维增强复合材料

c.硼纤维

d.晶须等。第一节复合材料种类及性能二、复合材料性能特点

1．比强度和比模量高

2．抗疲劳性能好

3．减振能力强

4．耐高温性能好

5．断裂安全性好

6．化学稳定性好

7．具有特殊性能

8．复合材料的不足第一节复合材料种类及性能一、车用复合材料

(一)纤维增强塑料

纤维增强塑料(FRP)基体是塑料，承受载荷的主要是增强相纤维，而增强相纤维处于基体之中，彼此隔离，表面受到基体的保护，塑性和韧性较好的基体能阻止裂纹的扩展，并对纤维起到黏结作用，复合材料的强度大大提高。第二节复合材料的应用及前景1.FRP的组成

⑴纤维有玻璃纤维、碳纤维和陶瓷短纤维等；

⑵树脂有聚丙烯塑料PP、聚乙烯塑料PVC、聚二烯塑料PE、ABS等不饱和热塑性树脂等；

⑶填充料常用中空的玻璃微球、陶瓷微球和有机物微球。第二节复合材料的应用及前景玻璃纤维第二节复合材料的应用及前景玻璃纤维第二节复合材料的应用及前景2.典型FRP

⑴玻璃纤维增强塑料

以玻璃纤维为增强剂，以树脂为黏结剂(基体)而制成的，俗称玻璃钢。玻璃钢力学性高、介电、耐热和抗老化性能好，工艺性好，强度和疲劳性能高，冲击韧度高，抗蠕变能力高；密度小、强度高，介电性、耐蚀性，易成型。第二节复合材料的应用及前景玻璃纤维增强塑料第二节复合材料的应用及前景在汽车发动机气缸盖等部位采用了玻璃纤维强化热塑性树脂,比用铸铁制造的同样部件的重量减轻45%；汽车底盘采用GFRP，其重量比钢铁材料减轻80%。第二节复合材料的应用及前景⑵碳纤维增强塑料(CFRP)

基体树脂主要有热固性的酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂和热塑性的聚四氟乙烯。增强相为碳纤维。弹性模量比玻璃纤维高出4～5倍，强度也略高，密度更小。在-65～105℃温度范围内，无伸缩现象。静电屏蔽性好、X射线透过性好，能导电；CFRP振动衰减快、振动传递小，因此非常适合于制造汽车，可以说是最理想的汽车轻量化材料。第二节复合材料的应用及前景碳纤维增强塑料第二节复合材料的应用及前景⑶CFRP材料的缺点

伸长率小、纤维和树脂之间易发生层间分离；CFRP与金属接触点上有电化学腐蚀。第二节复合材料的应用及前景⑷用FRP制作汽车部件

利用FRP制作的汽车部件有挡泥板、行李箱盖、散热器前装饰护栅、带加强筋的发动机罩、车顶盖、保险杠、侧密封、下盖板、车箱后围板装饰、前照灯壳体等；发动机室内的蓄电池槽、汽缸盖罩、配电盘、轴承盖、空气调节阀等；驾驶室内的仪表板芯、仪表罩壳等。FRP制件轻，节能效果好。第二节复合材料的应用及前景发动机复合材料隔音隔振垫第二节复合材料的应用及前景复合材料隔音垫第二节复合材料的应用及前景车门密封条车顶饰条第二节复合材料的应用及前景行李箱盖板第二节复合材料的应用及前景行李箱盖板第二节复合材料的应用及前景帕萨特B5GP盖板第二节复合材料的应用及前景(二)金属基复合材料(MMC)

由低强度、高韧性的基体和高强度、高弹性模量的纤维组成的。基体大多采用铝、铜、铝合金、铜合金、镁合金和镍合金。增强材料一般为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝和碳纤维，具有高的强度和弹性模量(抵抗变形及断裂)、高抗磨性(防止表面损伤)与高化学稳定性(防止与空气和基体发生化学反应)。第二节复合材料的应用及前景⑴纤维增强型

a.比强度、比刚性高。重量下降。

b.耐热性等热学性能提高；

c.热传导和电导性优良；

d.耐磨性提高。第二节复合材料的应用及前景FRM材料在汽车上用来制造的活塞环、连杆、汽缸体、活塞销等。第二节复合材料的应用及前景⑵颗粒、晶须增强型

基体大多数是铝、镁和钛合金，应用较多的是铝基复合材料。增强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，以SiC为主。颗粒、晶须增强金属基复合材料除了用于军事工业，如制造轻质装甲、导弹飞翼和直升机部件外，主要用于汽车工业，如发动机汽缸活塞、喷油嘴部件、制动装置等。第二节复合材料的应用及前景3.纤维增强陶瓷(FRC)

陶瓷具有耐高温、抗氧化、高弹性模量和高抗压强度等优点，但脆性大，纤维增强陶瓷(FRC)则是利用纤维克服陶瓷脆性的有效方法。⑴利用纤维承受载荷可提高断裂强度；⑵利用纤维阻止裂纹的扩展提高断裂韧性；⑶分散裂纹的扩展使断裂面积增大和利用纤维的拉伸增大断裂能等。第二节复合材料的应用及前景目前FRC有碳纤维系FRC、陶瓷纤维系FRC、晶须纤维系FRC。国外在汽车发动机上已有许多零件采用FRC。第二节复合材料的应用及前景三、复合材料的发展

1.宏观向微观

所谓微观复合材料，包括均质材料在加工过程中内部析出增强相和剩余基体相构成的原位复合材料或微纤维增强复合材料，也包括用纳米复合材料以及用刚度及强度较高的棒状分子增强的分子增强材料。第二节复合材料的应用及前景2.双元向多元

所谓多元混杂包括在混杂的纤维增强体中再加入颗粒填料，基体也可用混合体，如采用共混高聚物等，甚至还可混杂其他属性的材料。

3.结构复合材料向与功能复合材料并重的局面发展

第二节复合材料的应用及前景4.被动向主动

目前使用的人工材料基本上属于被动材料，即在外界环境作用下，材料只能做出被动响应。目前正在致力于研究具有主动性的材料，这类材料基本上是把敏感材料作为传感器，与把执行作用的材料作为驱动器的支持材料复合在一起，成为机敏(智能)复合材料。然后与外接电路装置构成系统，因此也成为机敏(智能)系统。第二节复合材料的应用及前景5.常规向仿生

生物材料绝大多数是复合材料，通过对它们的分析、归纳和仿造是非常有效的复合材料设计手段。第二节复合材料的应用及前景如风力发电机和直升飞机的旋翼，其结构为内层是硬泡沫塑料，中层是玻璃纤维增强复合材料，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料。这就是借鉴骨骼的中心为疏松的泡沫组织，中层是质地较柔韧的骨纤维与骨质素的复合体，而外层是质地坚硬的骨纤维含量高的骨表组织。

6.复合材料具有可设计性。第二节复合材料的应用及前景一、复合材料

是由两种或两种以上的性质不同的材料组合起来的多相材料。一般是由一种强度低塑性好的基体材料，再加上一种强度高脆性大的增强材料所组成。具有其组成材料本身所没有的优越性能。小结二、复合材料分类方法

1.按性能分有功能复合材料和结构复合材料；

2.按基体分有非金属基和金属基复合材料；

3.按增强剂的种