无机非金属基复合材料 绪论

课程性质：专业主干课，必修，51学时，考试。平时占30%+期末占70%参考书：<复合材料工艺与设备>刘雄亚复合材料绪论材料化学专业

Sunday,January15,2023目录概述无机非金属基复合材料理论、技术及其应用陶瓷基复合材料及其应用石膏基复合材料纤维增强水泥基复合材料纤维增强氯氧镁复合材料玻璃纤维增强氯氧镁复合材料的产品设计和应用植物纤维增强氯氧镁复合材料及其应用实例玻璃纤维、植物碎料纤维混合增强氯氧镁复合材料防火板、耐水板及装饰板1-1复合材料的发展1-2复合材料的定义与分类1-3复合材料的特性1-4复合材料在民用飞机上的应用概述1-1复合材料的发展材料发展与人类的社会进步现代科学技术的三大支柱－－能源、材料、信息，其中材料是基础。

●材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平，关系着国家的综合国力与安全。

●世界各国把材料放在重要地位来发展。我国在1978年的科学大会上将材料科学技术列为8大科技领域之一，此后各个五年计划，一直作为重点发展的领域。

绪论1-1复合材料的发展材料发展与人类的社会进步材料是人类文明进步的里程碑

●早期历史按石器、陶器、青铜器、铁器时代来划分，材料代表着当时的生产能力和生活水平。

绪论1-1复合材料的发展材料发展与人类的社会进步材料是人类文明进步的里程碑。

●人类物质文明的发展史是利用和挖掘材料资源的历史。

使用石器做工具。

使用石片、龟甲、竹板作信息纪录。

公元前5000年，制陶中发现铜和锡的还原，创造了炼铜术。

6000年前用稻草和泥作墙体是具有制备意义的复合材料。

越王剑的金属包层结构具有复合材料的结构特征。

●现代的核和信息时代是与元素U和Si的开发紧密联系。

●人类通过使用新的材料去改进生产工具、生活用具以及

武器，并伴随着科技革命的不断发展。绪论1-1复合材料的发展材料发展与人类的社会进步使用纯天然材料的初级阶段

人类单纯利用火制造材料的阶段

利用物理与化学原理合成材料的阶段

材料的复合化阶段

材料的智能化阶段

在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。

绪论1-1复合材料的发展复合材料的提出与发展现代材料技术从多样化、单一化走向一体化、复合化

●打破了单一材料间的界限，许多不同类型材料

相互代替和补充，充分发挥各种材料的优越性。

●复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合。

●如果对不同类型材料没有一个较全面的认识，

对复合材料的设计及性质的理解必然受到影响。绪论1-1复合材料的发展年材料比强度方面的发展变化木材石头青铜

钢铸铁

铝钛

复合材料

尼龙纤维碳纤维强度/密度（×106）复合材料的提出与发展比强度的进步改进了交通工具绪论1-1复合材料的发展材料的复合化是材料的发展的必然趋势之一.远古时代:用稻草掺入黏土做土坯。草茎增强土坯作墙体材料.古代:人们用钢铁层压法制成刀剑等复合材料的提出与发展绪论1-1复合材料的发展近代的复合材料:

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。NiceMyCar全电动微型车车身由玻璃纤维强化塑料制成。

复合材料的提出与发展绪论1-1复合材料的发展另一方面，为了改善树脂的耐热性，对金属基复合材料也开展了研究。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。就民用飞机而言,主要是树脂基复合材料,部分陶瓷等无机复合材料.复合材料的提出与发展绪论1-1复合材料的发展第一代复合材料第二代复合材料第三代复合材料玻璃强化树脂CFRPBFRP金属或陶瓷基体复合材料的提出与发展绪论1-1复合材料的发展绪论1-1复合材料的发展国外发展二十世纪40年代，在美国首先出现了手糊工艺（雷达罩、飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼）

60年代，缠绕工艺、喷射成型、片状模塑料(SMC)、拉挤成型工艺、透明玻璃钢。

70年代，反应注射成型(RIM)及增强反应注射成型(RRIM)，热塑性片状模塑料

80年代，离心浇铸工艺聚合物基复合材料的发展塑料的手糊成型又称手工裱糊成型、接触成型，指在涂好脱模剂的模具上，采用手工作业，即一边铺设增强材料（增强材料如：玻璃布、无捻粗纱方格布、玻璃毡），一边涂刷树脂（树脂一般采用：合成树脂主要是环氧树脂和不饱和聚酯树脂）直到所需塑料制品的厚度为止，然后通过固化和脱模而取得塑料制品的这一成工艺。手糊成型属生产增强塑料制品的成型工艺之一。

RIM工艺原理

RIMPrincipleRIM（ReactionInjectionMolding),中文俗称反应注射成型,其原理如下：将两种液体原材料经过定量、按比例混合后注入模腔,经放热化学反应,在模具中固化形成聚合体。

绪论1-1复合材料的发展我国发展概况1958年手糊1962年喷射成型及蜂窝成型1972年武工大、哈建工成立专业1975年玻璃钢学会玻璃钢/复合材料1980年复合材料学会复合材料学报（北航）聚合物基复合材料的发展绪论1-1复合材料的发展71年以前主要是军工产品，以后开始转向民用品。主要用于建筑、化工、轻工、交通、造船等工业。无机非金属复合材料的发展状况另外，植物纤维增强的复合材料，近些年来有了较快的发展：如纸面石膏板，植纤石膏板，水泥板等。聚合物基复合材料的发展绪论1-1复合材料的发展聚合物基复合材料的发展美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，在这架代表近代最尖端技术成果的航天机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使收音机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。

绪论1-2复合材料的定义与分类复合材料的定义：

国际标准化组织（ISO）将复合材料定义为是：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。

F.L.Matthews

和R.D.Rawlings

认为复合材料是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并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。绪论1-2复合材料的定义与分类在“材料科学技术百科全书”和“材料大辞典”中将复合材料定义如下：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。它与一般材料的简单混合有本质区别，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原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。复合材料的定义：复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能特征。

绪论1-2复合材料的定义与分类尽管定义的细节有所不同，但其要点是共同的。含两种以上不同的化学相。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。绪论1-2复合材料的定义与分类

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、Kevlar、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。英文原名KEVLAR，也译作克维拉或凯芙拉。是美国杜邦（DuPont）公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”,化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的酰胺基团为对位结构（间位结构为另一项商标名为Nomex的产品，俗称防火纤维）

绪论1-2复合材料的定义与分类结构复合材料：用作承力和次承力结构。要求具有质量轻、高强度、高刚度、耐高温以及其它性能。功能复合材料：电、热、声、摩擦、阻尼等。包括机敏和智能复合材料。混杂复合材料：两种或两种以上增强体构成的复合材料。通过产生混杂效应改善性能和降低成本。结构/功能一体化复合材料：在保持材料基本力学性能的前提下，具有特定功能特性，如光、电、磁、摩擦、阻尼等。

绪论1-2复合材料的定义与分类将复合材料进行分类时，有按基体或第二相等多种方法。基体一般按材质分类。木质基复合材料复合材料有机材料基复合材料金属基复合材料MMC无机非金属基复合材料聚合物基复合材料PMC热塑性树脂热固性树脂树脂基水泥或混凝土基复合材料陶瓷基复合材料CMC橡胶基绪论1-2复合材料的定义与分类根据第二相（增强体）形态分。颗粒增强复合材料颗粒状分散相复合材料纤维状分散相复合材料短纤维连续纤维强化复合材料分散强化复合材料片晶增强复合材料复合材料单向纤维强化复合材料非编织纤维层2维,3维编织纤维层晶须随机排列随机排列定向排列定向排列不连续纤维强化复合材料绪论1-3复合材料的特性与传统材料相比,复合材料具有以下特性:复合材料的性能可设计性材料与构件制造的一致性优异的物理化学性能绪论1-3复合材料的特性高比强度、高比模量（刚度）比强度、比模量：材料的拉伸强度或弹性模量与其密度之比。比强度=拉伸强度/密度MPa/（g/cm3）,

比模量=弹性模量/密度GPa/（g/cm3）。良好的高温性能良好的尺寸稳定性良好的化学稳定性良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性良好的功能性能优异的物理化学性能绪论1-3复合材料的特性复合材料的缺点:材料价格高劳动强度大抗挤压和抗分层能力差力学性能受温度/湿度影响不易检查对铝会产生电化学腐蚀固化时间长绪论1-3复合材料的特性性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是它们的结合界面、成型工艺等。1、主要取决于增强相的性能

⑴.比强度,比刚度高

⑵.冲击韧性和断裂韧性高

⑶.耐疲劳性好

⑷.减震性

⑸.热膨胀系数小绪论1-3复合材料的特性各种材料的比强度和比模量材料密度g/cm3抗拉强度103MPa弹性模量105MPa比强度107cm比模量109cm钢7.81.032.10.130.27铝合金2.80.470.750.170.26钛合金4.50.961.140.210.25玻璃钢2.01.060.40.530.20碳纤维/环氧1.451.501.41.030.97有机纤维/环氧1.41.40.81.00.57硼纤维/环氧2.11.382.10.661.0硼纤维/铝2.651.02.00.380.57绪论1-3复合材料的特性⑴、硬度陶瓷基>金属基>