复合材料定义

复合材料定义广义定义：复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的型材料。一般由基体组元与增加体或功能组元所组成。复合材料〔 CompositeMaterials，以下简称。狭义定义：〔通常争论的内容〕用纤维增加树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增加相材料固结成一体，并起传递应力的作用；增加相起承受应力〔构造复合材料〕和显示功能〔功能复合材料〕的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得原组分不具备的很多优良性能。CM与化合材料、混合材料的区分：多相体系和复合效果是复合材料区分于传统的“混合材料”和“化合材料”的两大特征。举例：砂子与石子混合，合金或高分子聚合物复合效应大致上可归结为两种类型：混合效应和协同效应混合效应也称作平均效应，是组分材料性能取长补短共同作用的结果．它是组分材料性能比较稳定的总体反映．对局部的扰动反响并不敏感。在复合材料力学中，它与刚度问题亲热相关，表现为各种形式的混合律，而且已形成比较成熟的理论体系，薄弱环节、界面、工艺因素通常对混合效应没有明显的作用。协同效应反映的是组分材料的各种原位特性(insituproperties)性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独存在时的性能，单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。协同效应变化万千，反响往往比混合效应猛烈，是复合材料的本质特征。按基体类型分类：非金属复合材料：树脂基复合材料〔玻璃钢，橡胶基复合材料〔轮胎材料〔钢筋混凝土、纤维增加陶瓷。〔纤维增加金属〕※按增加材料分类：纤维增加复合材料：纤维增加橡胶〔轮胎、纤维增加塑料〔玻璃钢、碳纤维增加塑料、纤维增加陶瓷、纤维增加金属〔碳纤维/铝锡合金〕等。颗粒增加复合材料：陶瓷颗金属基〔硬质合金，金属颗粒 塑料基等。叠层复合材料：如双金属板，夹层玻璃，多层板等。夹层构造复合材料：如多孔性铁基和青铜基自润滑衬套。2、可设计性好是复合材料区分于传统材料的根本特点之一。复合材料的性能1、轻质高强2、可设计性好3、工艺性能好4、热性能好5、耐腐蚀性能好67、其它特点：耐候性、耐疲乏性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。复合包装材料是由层合、挤出、贴面、共挤塑等技术将几种不同性能的基材结合在一起形依据多层复合构造中是否含有加热时不熔化的载体(铝箔、纸等)，可以将复合材料分为层合软包装复合材料和塑料复合薄膜。复合包装材料最常见的是复合薄膜材料，复合薄膜材料按组成它的基材不同大致分为：纸塑复合型塑塑复合型纸铝塑复合型等复合包装材料的一般性质从原则上讲，作为复合包装材料起码应具有以下性能：〔1〕另外，还有防水性、防寒性、密封性以及避光性、耐湿性、耐油性、绝缘性等等。〔2〕操作性，即便利包装作业、能适应机械化操作，不打滑、不带静电、抗卷翘，耐隔离性好，有折痕保持性。3〕商品性，适宜印刷、利于流通、价格合理。有句广告词说：“你有产品，〔4〕卫生性，无臭、无毒、污染少。复合包装材料本身要清洁，不能含有危包装复合材料组成基材粘合剂封闭物及热封合材料印刷与保护性涂料粘合剂的主要功能是将两种材料粘合在一起。为了使两种材料粘合在一起，必需使材料外表具有“可润湿性”，因此粘合剂必需能在基材的外表均匀流淌。粘合剂对外表的润湿程度取决于粘合剂的外表张力和基材的外表能。涂料定义：涂料是一种含颜料或不含颜料的、用树脂及油等制成，涂覆在物体外表并能形成结实附着的连续薄膜的包装关心材料。(基体)和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物，称为复合材料。简洁地说，复合材料就是用两种或两种以上不同性能，不同形态的组分材料，通过复合手段组合而成的一种多相材料。(GB/T3961-1993)“两个或两个以上的独立的物理相”界面是物相与物相之间的交界面。但凡不同相共存的体系，在相与相之间都存在着界面。影响复合材料性能的因素 (1)增加材料的性能。(2)基体的性能。(3)复合材料的构造及成型技术。(4)复合材料中增加相和基体界面的结合状态，即界面层的性能。界面是复合材料组成的重要组成局部，它的构造与性能，以及黏合强度等因素，会对复合材料宏观性能产生影响。复合材料的两相一般总有一相以溶液或熔融流淌状态与另一固相接触，然后进展固化反响，使两相结合在一起，软包装复合材料层合复合也是如此。②增加材料与基体材料之间的“固化”阶段。塑料薄膜的鉴别方法很多，一般可分为物理方法和化学方法两种。软包装材料的透亮性是一般由透光率和雾度两个参数打算，前者打算可见性，后者打算清楚度，因此透亮性的测定主要是测定软包装的透光率和雾度。透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比(以百分数表示)称透光率；透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比(以百分数表示)称为雾度。测试仪器为透光率／雾度测定仪。透气性是软包装材料的一个很重要的性能指标，常用透气量或透气系数来表示。透气量是在恒定温度和恒定压差(一般为一个大气压差)下，某气体稳定透过单24小时时的气体量(标准状态下)。透气系数是在恒定温度和恒定压差下(一般为一个大气压差)，稳定透过单位面积、单位厚度材料的透气量(标准状态下)。透气量和透气系数的测试设备为透气性测定仪，它是在确定的温度和湿度下，使试样的两侧保持确定的气体压差，测量试样低压侧气体压力的变化，从而计算出所测试样的透气量和透气系数。透湿性是软包装材料的一个很重要的性能指标，常用透气量或透气系数来表示。透湿量又称水蒸气透过量，它是软包装材料两侧在水蒸气压差、薄膜厚度、测试温度和相对湿度都24小时时的水蒸气量。透湿系数又称水蒸气透过系数，是在确定的温度和相对湿度下，在单位水蒸气压差下，单位时间内透过单位面积单位厚度的水蒸气量复合包装设计原则实现包装功能原则包装具有保护容纳产品、便利物流(储存和运输)、促进销售和便利使用四大功能。复合包装一般直接用于销售包装。经济性原则合理筛选最正确包装设计方案，其首当其冲的是经济性好，本钱应尽可能的低；同时也要讲究包装价值的对等性原则，即整个包装的价值应与产品的档次相对等。既不能过度包装，造成包装铺张，又不能过于简洁化包装，降低产品的附加值。3．包装标准化、标准化原则目前，产品流通速度快，因而产品的包装，要求其机械化和自动化程度要格外高，以满足社会的各种需要。需要复合包装基材的厚度、宽幅等标准化，以适合各种复合包装材料自动化复合设备、复合包装容器成型设备、高速印刷设备的流水线生产，同季节约复合包装基材。品牌共性化原则包装质量要求也越来越高将企业文化、产品的传统文化与艺术等通过包装设计融入包装，以形成共性化包装、品牌包装，从而增加产品的竞争力，提高产品的附加值。1.2.3.4.验证和改进设计材料组合的特性CPP／OPP 隔氧、耐油、防潮、透亮度高、挺性好。CPP／PET 隔氧、防潮、保香、耐高温。PE／OPP 耐寒、防潮、低温热封拉力强。PE／PET 隔氧、防潮、保香。PE／AL／PET 隔氧、防潮、耐高温、保香、耐化学性。PE／NY 耐高温、耐化学性、耐油性。注P〔流延聚丙烯; 定向聚丙; 聚对苯二甲酸乙二醇;Y或尼龙)1〕蒸煮包装袋产品要求：用于肉类、禽类等包装，要求包装阻隔性好、耐骨头孔破，在蒸煮条件下杀菌不破、不裂、不收缩、无异味。牛奶膜

设计构造：，GL-PET/BOPA/CPP；设计理由：PET：耐高温、刚性好、印刷性好、强度大。PA：耐高温、强度大、柔韧性、阻隔性好、耐穿刺。AL：最正确阻隔性，耐高温。CPP：为耐高温蒸煮级，热封性好，无毒无味。PVDC：耐高温阻隔材料。GL-PET：陶瓷蒸镀膜，阻隔性好，透微波。对于具体产品选择适宜构造，透亮袋大多用于蒸煮，Al箔袋可用于超高温蒸煮。黑白膜的材料构造设计为外、中、内三层：材料组成为“聚乙烯+白母料/聚乙烯+白母料/聚乙烯+各层功能设计为：外层〔印刷层〕为白色，起阻湿、阻光作用；中间层为白色，起遮盖内层黑和阻湿的作用；内层为黑色，起避光和热封作用。它是一种颖的包装材料，具有独特的避光阻氧功能；同时价格低廉〔仅为利乐包的、运输便利、储存空间小、有用性强。在保持牛奶保质期的根底上，大幅度地降低产品包装本钱，符合环保要求，避开传统容器包装的缺陷，是目前最接近百姓生活的一种包装形式。目前，它主要有以下三种构造类型：〔1〕三层共挤黑白包装膜。材料构造组成为：PE+黑母料/PE+白母料/PE+白母料，1-4。内层为热封层，外层为印刷层。热封内层中所添加的黑色母料起到阻挡光线的作用，中间层和外层添加白母料起到遮盖黑色和阻隔光线的作用。这种包装膜承受超高温瞬时杀菌〔UHT〕和双氧水〔H2O2〕杀菌法，常温下保质30天左右,而且价格低廉。〔2〕PE+黑母料/粘合树脂/EVOH/粘合树脂/PE+白母料，与三层共挤黑白膜相比较，该包装膜的内层和外层功能内外层功能与其一样。不同之处在于，后者增加了中间阻隔层，中间阻隔层可以是PVDC、PAN、EVOH等高阻隔性树脂。〔3〕六层共挤黑白包装膜材料组成是PE+黑母料/粘合树脂/PVDC/粘合树脂/PE+白母料/PE+白母料。PVDC牢度要求而灵敏选择热封在里层或外层，因此，此非对称构造更有用。这种包装膜属于高阻隔性包装材料，用其做成的牛奶包装具有较长的保质期，常温下可达90天。产品要求：阻隔性好，抗爆裂强度高，避光、热封性好，价格适中。PE/PE/PE；PEPE为强度担当者，内层为热封层，具有避光、阻隔、热封性。利乐包是瑞典利乐公司〔TetraPak〕生产纸质包装材料，由纸、聚乙烯和铝箔复合而成。其中，利乐砖材料组成为PE/PE/AL/PE/纸/PE，见图。利乐包在保护功能和满足情感需求之间找到了很好的平衡点。与塑料瓶、玻璃瓶相比，砖型和枕型的利乐包，容积率相对较大，而且这种包装外形更易于装箱、运输和存储。假设从技术角度来看，利乐包是由纸、铝、塑组成的六层复合纸包装，能够有效阻隔空气和光线，而这些正是简洁让牛奶和饮料变质的杀手。利乐包装材料由纸板层、聚乙烯和铝箔组成。对于每一种形式的包装，接触食品的唯一材料都是食品级聚乙烯。纸板为包装供给坚韧度，塑料起到了防止液体溢漏的作用，铝箔能够阻挡光线和氧气的进入，从而保持了产品的养分和品尝。饮料包装袋PH值<4.5，巴氏消毒，一般阻隔性。PH值>4.5，杀菌，阻隔性要高。设计构造：酸性饮料：〔，〔，；设计理由：对于酸性饮料，PET、PA能供给良好阻隔性，耐巴氏杀菌，由于酸性延长了保质期；对于中性饮料，Al供给了最好的阻隔性、PET、PA强度高，耐高温杀菌。金属基复合材料定义定义以金属及合金为基体的复合材料，常见的有铝基、钛基、镁基、高温合金基等。碳纤维的构造：无定形构造、石墨构造和金刚石构造，最稳定的构造形态是石墨构造。碳纤维的构造主要以石墨微晶和无定形碳组成。制备金属基复合材料的主要困难：金属基复合材料在高温制造时将发生严峻的界面反响、氧化反响等有害的化学反响;金属基体与增加物之间浸润性差，甚至不浸润;如何将增加物按设计要求的含量、分布、方向均匀地分布在金属基体中.原位生成法指增加材料在复合材料制造过程中，在基体中自己生成和生长的方法，增加材料以共晶的形式从基体中凝固析出，也可与参与的相应元素发生反响、或者合金熔体中的某种组分与参与的元素或化合物之间的反响生成。前者得到定向凝固共晶复合材料，后者得到反响自生成复合材料。增加体外表无污染，界面结合强度高。而且，原位反响产生的增加相颗粒尺寸细小、分布均匀，基体与增加材料间相容性好，界面润湿性好，不生成有害的反响物，不须对增加体进展合成、预处理和参与等工序，因此，承受该技术制备的复合材料的综合性能比较高，生产工艺简洁，本钱较低。从液态金属基体中原位形成增加体的工艺，可用铸造方法制备外形简洁、尺寸较大的净近成形零件。胶凝材料的定义: 经过一系列的物理和化学作用，能从可塑性浆体变成结实的石块体,并能够产生分散硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类: 无机胶凝材料：硬性胶凝材料/硬性胶凝材料有机胶凝材料如沥青、聚合物等气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或连续提高其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃及镁质胶凝材料〔如菱苦土MgSO4

等。水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化+而且能更好的在水中硬化，并保持或连续提高其强度的胶凝材料，如各种水泥等。陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。 其显微构造是由原料、组成和制造工艺所打算的。晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物三种。硅酸盐的根本构造是硅氧四周体酸盐，大多数氧化物的构造是氧离子密堆的立方和六方构造，金属离子位于其八面体或四周体间隙中。玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是粘接非晶态晶相，填充晶相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。气相〔气孔〕是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量、外形、分布等的影响，2、增加体陶瓷基复合材料中的增加体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。3、陶瓷基复合材料的界面(1)、界面的粘结形式对于陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种：A机械粘结B化学粘结、界面的作用对于陶瓷基复合材料来讲，界面粘结性能影响陶瓷基体和复合材料的断裂行为。对于陶瓷基复合材料的界面来说，一方面应强到足以传递轴向载荷，并具有高的横向强度；另一方面，陶瓷基复合材料的界面要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最正确的界面强度。、界面性能的改善为获得最正确的界面结合强度，我们常常期望完全避开界面间的化学反响或尽量降低界面间的化学反响程度和范围在实际应用中，除选择纤维和基体在加工和使用期间能形成稳定的热力学界面外，最常用的方法就是在与基体复合之前，往增加材料外表上沉积一层薄的涂层。陶瓷基复合材料的强韧化机理界面的性质还直接影响了陶瓷基复合材料的强韧化机理。4陶瓷的增韧机理相变增韧其次相增韧微裂纹增韧裂纹偏转陶瓷的断裂主要是由于裂纹扩展导致的，阻挡连续裂纹的扩展的方法有三种：〔1〕分散裂纹尖端应力；〔2〕消耗裂纹扩展的能量，增大裂纹扩展所需抑制的能垒；〔3〕转换裂纹扩展的能量。相变增韧的机理是在应力场的作用下，由分散相的相变产生应力场，抵消外加应力，阻挡裂纹扩展到达增韧目的。例子：ZrO2相变增韧，ZrO2Al2O3其次相增韧延性相增韧、脆性纤维和晶须增韧延性相增韧一方面对某些延性相粒子，它可以在外力作用下产生确定塑性变形或者沿着晶面滑移产生蠕变来缓解应力集中；另一方面由于其次相粒子与基体粒子之间弹性模量和线胀系数的差异，在烧结过程冷却阶段存在确定温差，因而在坯体内部产生径向张应力和切向压应力，这种应力与外应力发生相互作用，使裂纹前进方向发生偏转、绕道，从而提高材料的抗断力气，到达增韧目的。纤维增加例子：在单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料中，当裂纹扩展遇到纤维时会受阻，这时，假设要使裂纹进一步扩展就必需提高外加应力。实际材料断裂过程中，纤维的断裂并非发生在同一裂纹平面，这样主裂纹还将沿纤维断裂的不同韧性进一步提高。微裂纹增韧机制，主要是由于剩余应变场与裂纹在分散相四周发生反响，从而使裂纹尖端产生微裂纹分支，在确定程度上改善韧性，但也造成强度下降。4〕裂纹偏转由于纤维四周沿纤维/基体(F/M)界面存在因弹性模量或热膨胀系数不匹配而引起的应力场,从而使在基体中扩展的裂纹遇到纤维时发生偏转。晶须增加晶须补强陶瓷基复合材料可分为外加晶须补强陶瓷基复合材料和原位生长晶须补强陶瓷基复合材料。(1)外加晶须法:即通过晶须分散、晶须与基体混合、成型、再经煅烧2)原位生长晶须法:将陶瓷基体粉末和晶须生长助剂等直接混合成型,在确定的条件下原位合成晶须,同时制备出含有该晶须的陶瓷复合材料Sol-gel法Sol-gel法是将金属醇盐在室温或略高于室温下水解，缩聚，得到溶胶和凝胶，再将其进展热处理，得到玻璃和陶瓷。Sol－Gel法的优点是:1)热解温度不高(1400℃),对纤维的损伤小;2)溶胶易润湿增加纤维,所制得的复合材料较完整,且基体化学均匀性高;3)在裂解前,经过溶胶和凝胶2种状态,简洁对纤维及其编织物进展浸渗和赋形,因而便于制备连续纤维增加复合材料。:由于醇盐的转化率较低且收缩较大,因而复合材料的致密周期较长,且制品经热处理后收缩大、气孔率高、强度低;同时,由于是利用醇盐水解而制得陶瓷基体,因此此工艺仅限于氧化物陶瓷基体材料的制备。2050~60年月以“玻璃钢”其次代树脂基复合材料是以碳纤维增加复合材料为代表。300℃以上长期使用，低温脆化温度点可到达-196℃的优异性能。第三代树脂基复合材料是有机纤维增加复合材料，以美国杜邦公司的Kevlar〔芳纶〕纤维复合材料为代表。2倍，价格只有碳纤维的1/3。加上其突出的韧性和回弹性是其他纤维所不具备的。2080AlliedSpectra-900和Spectra-1000为代表的超高强度、超高模量的高拉伸聚乙烯纤维。它具有可以透射雷达波、介电性极佳、构造强度高等特点，第五代树脂基复合材料为聚苯并双恶唑〔PBO〕纤维增加复合材料。该纤维无熔点、在高温下不熔融，经热量分析测得的在空气中的热分解温度高达650℃，比对位芳酰胺纤维高100℃左右。该纤维在于火焰接触后不收缩，移去火焰后根本无残焰，布料质地松软。一根直径为1PBO450千克的重量，其强10倍以上。是目前唯一将优越的力学性能、卓越的耐高温性能和优良的加工性能结合在一起的有机纤维。树脂基复合材料的组成树脂基体增加体：纤维、晶须和填料助剂2.4树脂基复合材料制品设计2．4．1设计的一般程序(1)具体了解制品的功能、环境条件和载荷条件在设计制品之前，应列出树脂基复合材料制品应具备的功能、环境条件、承载条件〔动载荷或静载荷〕，了解零部件之间的联系和对制品功能的影响。制品功能确定得越准确越具体，制品设计考虑的限制因素就越全面，设计出的制品就能较好地满足使用要求。其中，尤为重要的是了解树脂基复合材料制品应具备某些特别的性能，例如力学特性、耐化学性、耐高温、耐冲击或耐辐射等性能，就可缩小选择材料的范围。(2〕最终应用环境、受力状态和其他性能要求，进展选择。(3〕成型加工方法的选择。主要依据制品尺寸、外形、生产数量、制品性能等方面加以考虑。设计者通过分析比较，可选择一种或两种候选材料及其相关的一种或两种成型加工方法。(4)树脂基复合材料制品初步设计，绘制草图。初步设计的主要内容为制品的外形、尺寸、壁厚、加强筋、孔的位置等。在初步设计时应考虑制品在成型加工、模具设计和制品参数方面的问题。(5)样品制造、进展模拟试验或实际使用条件的试验。试验样品的制造可以依据初步设计的要求，设计加工模具，按确定的材料和成型工艺方法制造样品。也可以用其他简便方法制造样品，然后进展各种模拟试验或实际使用条件的试验。样品制造和样品试验通常要进展屡次。假设初步设计有几种设计方案，在初步试验的根底上，通过评价几种初步设计方案的优劣，选择最正确设计方案，包括确定树脂基复合材料和成型上艺方法。(6)制品设计、绘制正规制品图纸。在大量试验的根底上，综合考虑树脂基复合材料制品的性能、工艺性和经济性等几方面的因素，选择最正确制品设计方案，进展制品设计、绘制正规制品图，并标注塑料牌号等。编制制品设计说明书等技术文件树脂基复合材料制品设计中应考虑的一般原则为：1)性能有强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性等。2〕充分考虑树脂基复合材料的成型工艺性如流淌性。3〕制品的外形，在保证使用要求的前提下，应有利于充模、排气、补缩，同时能适应树脂基复合材料制品的快速受热固化特性。4.〕充分考虑制品在成型后的收缩现象及各向收缩率的差异。5〕同时应充分考虑模具零件的外形及其制造工艺，以便使制品具有较好的经济性。纤维在复合材料中起增加作用，是主要承力组分。纤维不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能削减收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。纤维可分为有机纤维和无机纤维〔一〕有机纤维芳纶纤维聚乙烯纤维尼龙纤维芳纶纤维是指日前巳工业化生产并广泛应用的聚芳酰胺纤维(Kevlar)纤维，我国暂命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维芳纶、芳纶--29、芳纶--49这三种牌号纤维的用途各不一样。芳纶主要用于橡胶增加，制造轮胎、三角皮带、同步带等；芳纶--29主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。〔二〕无机纤维1、玻璃纤维 2、特种玻璃纤维3、碳纤维 4、硼纤维5、氧化铝纤维 6、碳化硅纤维7、氮化硼纤维 8、其他纤维①玻璃纤维的构造玻璃纤维的拉伸强度比块状玻璃高很多倍，但经争论证明，玻璃纤维的构造与玻璃相同。”和“网络构造假说。玻璃构造是近似有序的。主要是由于在玻璃构造中存在确定数量和大小比较有规章排列的区域，这种规章性是由确定数目的多面体遵循类似晶体构造的规章排列造成的玻璃构造的这种有序区域不像晶体构造那样有严格的周期性，微观上是不均匀的，宏观上却又是均匀的，反映到玻璃的性能上是各向同性的。玻璃纤维的化学组成主要是