第3章复合材料基础知识-584403116-259308884-196302367

第3章复合材料基础知识1)复合材料发展2)复合材料的定义,分类,性能3)复合材料原材料4)复合材料的应用5)了解专用名词6)研究内容与研究思路7)其它内容例子稻草泥砖,钢筋混凝土,(鸟窝:燕子)木材,竹子,动物骨骼,人体血管塑料花神自然复合材料动物群鸟巢西藏第三章复合材料基础知识

复合材料技术的出现是近代材料科学的伟大成就,也是材料设计技术的一个重大突破.

复合材料(Composite)一词出现在20世纪50年代1复合材料发展发展过程：古代－近代－先进复合材料天然复合材料－竹、贝壳，树木和竹子：纤维素和木质素的复合体在自然界中，存在着大量的复合材料，如竹子、木材、动物的肌肉和骨骼等。－动物骨骼：无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成

从力学的观点来看，天然复合材料结构往往是很理想的结构，它们为发展人工纤维增强复合材料提供了仿生学依据。

人类：使用、效仿古代中国人和犹太人用稻草或麦秸增强盖房用的泥砖；且延用至今两千年前，中国制造了防腐蚀用的生漆衬布；由薄绸和漆粘结制成的中国漆器(麻纤维和土漆复合而成)，至今已四千多年;也是近代纤维增强复合材料的雏形，它体现了重量轻、强度和刚度大的力学优点。敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆优势互补的复合材料(棉衣)

在严寒的冬天，你穿上几件单衣仍会感到刺骨的寒冷。这时，你如果穿一件棉衣便会感到全身上下暖烘烘的。俗话说，十层单不如一层棉。这是因为棉花、中空纤维、羽绒等具有蓬松的特点，内部藏有大量的空气，具有良好的保温作用。但是，如果不用布只用这些材料做棉衣，那就很不美观，或者干脆做不成衣服。只有用布把这些保温材料裹起来才能做成既结实又美观，还可保暖的棉衣。

所以说，棉衣大概是人类最早开发利用的复合材料.近代复合材料以混凝土为标志的近代复合材料是在一百多年前出现的。后来，原有的混凝土结构不能满足高层建筑的强度要求，建筑者转而使用钢筋混凝土结构，其中的钢筋提高了混凝土的抗拉强度，从而解决了建筑方面的大量问题。近代，复合材料的发展始于20世纪40年代，第二次世界大战中，为满足军用方面对材料力学性能的要求，人们开始研制新材料，玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料被美国空军用于制造飞机构件开始算起。它的出现丰富了复合材料的力学内容。近代复合材料

50年代又出现了强度更高的碳纤维、硼纤维复合材料，复合材料的力学研究工作由此得到很大发展，并逐步形成了一门新兴的力学学科──复合材料力学。

为了克服碳纤维、硼纤维不耐高温和抗剪切能力差等缺点，近二十年来，人们又研制出金属基和陶瓷基的复合材料。华人在复合材料的研究中做出了很多贡献，

我国从1958年开始发展复合材料

第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料第二代：1960年到1980年，先进复合材料

1965年英国科学家研制出碳纤维

1971年美国杜邦公司开发出开芙拉-491975年先进复合材料“碳纤维增强、及开芙拉纤维增强环氧树脂复合材料”用于飞机、火箭的主承力件上。第三代：1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合材料以铝基复合材料的应用最为广泛。第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料，如智能复合材料和梯度功能材料等。复合材料发展就复合材料本身来讲UniversityofDelaware,USA.哈尔滨工业大学西北工业大学北京航天航空大学南京航空航天大学中南大学武汉理工大学清华大学2复合材料的定义UK:RICHARDSONUSA:HOLLIDAYCHINA:HUZHENWEICHINA:SICHANGXU北科大的院士复合材料的定义

复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。

该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。

复合材料最简单、最常见的定义是：“复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的新材料”例如，中国南北朝时代发明的漆器就是典型的复合材料；中世纪欧洲武土们的头盔也作成叠层结构以提高刚度与强度．近代复合材料的代表是木质胶合板与帘线增强橡胶制作的汽车轮胎等。复合材料的定义国际标准化组织：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，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。复合材料的定义

《材料大词典》

：复合材料是根据应用进行设计，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，使其性能互补，从而制成的一类新型材料。《材料大词典》

：复合材料的特点之一是不仅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；特点之二是它的可设计性，通过对原材料的选择、各组分分布的设计和工艺条件的保证等，使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。对各种定义解释总结，复合材料应包括：组元是人们根据材料设计的基本原则有意识地选择，至少包括两种物理和力学性能不同的独立组元，其中一组元的体积分数一般不低于20％，第二组元通常为纤维、晶须或颗粒；复合材料是人工制造的，而非天然形成的。复合材料的性质取决于组元性质的优化组合，它应优于独立组元的性质，特别是强度、刚度、韧性和高温性能。复合材料应具备以下三个特点：

1）复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面；2）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特殊性能；3）复合材料具有可设计性。可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。复合材料的组成与结构复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体；而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，故常称为增强材料（增强体、增强剂、增强相等）。多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。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。在基体和增强体之间存在着界面。特性在物理上,复合材料与均质各向同性材料的差别在于它的各向异性和非均质性材料与结构的同一性复合效应的优越性材料性能对复合工艺的依赖性可以设计需要在细观和宏观两个尺度上进行理论分析,由细观量过渡到宏观量先进复合材料（AdvancedCompositeMaterials,简称ACM）如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料（AdvancedCompositeMaterials,简称ACM）。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。3复合材料的种类结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性能的复合材料。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。

从功能方面结构复合材料的种类分类名称说明分散相材料颗粒增强复合材料分散相为微小颗粒0.01－0.1微米-阻止位错运动1-50微米-阻止变形或硬化纤维增强复合材料直径近于晶体大小的纤维(玻璃纤维)基体相材料金属基复合材料铝基复合材料、镁基复合材料非金属塑料基，陶瓷基，橡胶基复合材应用范围工程复合材料玻璃钢（玻璃纤维增强复合材料）先进复合材料碳，硼，芳纶等纤维增强材料复合材料的分类按增强材料形态分类1、纤维增强复合材料：

a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；

b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中；3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体

结构复合材料a)层叠复合

b)连续纤维复合

c)细粒复合

d)短切纤维复合复合材料结构示意图纤维增强复合材料分类①玻璃纤维复合材料；②碳纤维复合材料；③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；⑤陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。混杂纤维复合材料：两种或两种以上增强体同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料，可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。纤维复合材料预成型体机织层状缝合颗粒编织机织各类纤维复合材料及其相互关系材料类型密度ρg/cm3杨氏模量E1GPa比模量E/ρ106m强度σGPa比强度σ1/ρ103m高强碳/环氧1.571388.791.5296.8高模碳/环氧1.6022113.81.2175.6Kevlar/环氧1.38866.231.52110.1高强高韧钢7.832072.641.7522.3高强铝合金2.70722.670.64723.9复合材料的比强度和比模量都高于高强钢和高强铝的相应数据。可以感性地认识到纤维复合材料的优异力学性能。按基体材料分类①聚合物基复合材料:以有机聚合物（热固性树脂、热塑性树脂及橡胶等）为基体；②金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体；③无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）为基体。按材料组成分类①同质复合材料（增强材料和基体材料属于同种物质，如碳/碳复合材料）②异质复合材料（复合材料多属此类）。目前状况玻璃钢和树脂基复合材料

非常成熟广泛的应用

金属基复合材料

开发阶段某些结构件的关键部位

陶瓷基复合材料及功能复合材料等

尚处于研究阶段

有不少科学技术问题有待解决几种复合材料的英文简称PMC:PolymerMatrixComposites聚合物基复合材料MMC:MetalMatrixComposite金属基复合材料CMC:CeramicsMatrixComposite陶瓷基质复合材料CCC:CarbonfibercarbonComposite碳碳复合材料FRPC:FIBERREINRORCEDPLASTICS/COMPOSITES玻璃钢复合材料4.复合材料的原材料

复合材料的原材料包括:基体材料和增强材料。基体材料：金属材料、陶瓷材料和聚合物材料增强材料：纤维、晶须和颗粒热固性树脂聚脂树脂,环氧树脂,聚铣亚氨树脂,酚醛树脂,硅树脂加热固化后再加热时不会软化热塑性树脂聚乙稀,聚苯乙稀,尼龙,PEEK(聚醚醚酮)达到再转变温度时会重新软化具有可膜断性4.1聚合物基体

ThermoplasticorThermosetThermoplasticsThermosetsSoftenonheatingandpressure,andhenceeasytorepaireDecomposeonheatingHighstrainstofailure(highductility)LowstrainstofailureIndefiniteshelflifeDefiniteshelflifeCanbereprocessedCannotbereprocessedShortcurecycleLongcurecycleFourtypesofpolymermolecularstructures

linear

branched

cross-linked

network

树脂基体在复合材料成型过程中，基体材料经过一系列复杂的物理——化学变化，把增强纤维粘结成具有一定形状的整体。复合材料的耐热性、吸湿性、湿热性能、耐化学性、疲劳性能以及工艺性能和某些特殊性能等主要取决于树脂基体的性能，树脂基体发展水平是先进复合材料研究与应用水平高低的重要标志。

树脂基体复合材料中用于粘结增强材料的粘结剂基体的作用力学上物理上化学上粘结纤维、保护纤维、传递应力耐热性、电性能（极性基团）等耐溶剂性、耐水性、老化性能树脂基体复合材料的拉伸弹性模量主要是由增强材料决定的，然而又与树脂含量有很大关系。就复合材料压缩强度来说，则不能简单地认为以纤维强度为主。纤维材料可从承受很大的拉力，但是不能单独承受压力，它只能在基体材料支承下承受压力。至于复合材料的层间剪切强度，更明显地是不取决于增强材料的强度，而主要取决于树脂的强度和界面的粘结性能。4.2基体的作用把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷(传递横向载荷和剪切载荷;用树脂浸润过的纤维强度是干纤维束的二倍.)保护纤维不受环境影响。尽管纤维增强材料的作用是承受载荷，但是基体材料的力学性能会明显地影响纤维的工作方式及其效率。

WhatarefunctionsofmatrixinFRPC?Holdfiberstoformcertainshape.Provideabarrieragainstanadverseenvironment,andprotectfibersfrommechanicalabrasion(磨损).Playaroleincarryingtransverseandshearloading.Transferloadbetweenfibers.Andalsoplayavitalroleinlongitudinaltensilestrength,asindicatedbytheexperimentalobservationthatthestrengthofmatrix-impregnatedfiberbundlescanbedoubleofthatofadryfiberbundle.HaveprimaryinfluenceondamageinitiationandpropagationinFRPCs.例如，在没有基体的纤维束中大部分载荷由最直的纤维承受，基体使得应力较均匀地分配给所有纤维，这是由于基体使所有纤维经受同样的应变，应力通过剪切过程传递，这要求纤维和基体之间有高的胶接强度，同时要求基体本身也具有高的剪切强度和模量。当载荷主要由纤维承受时，复合材料总的延伸率受到纤维的破坏延伸率的限制，这通常为1%~1.5%。基体的主要性能是在这个应变水平下不应该裂开。在纤维的垂直方向，基体的力学性能和纤维与基体之间的胶接强度控制着复合材料的物理性能。由于基体比纤维弱得多，而柔性却大得多，所以在结构件设计中应尽量避免基体直接横向受载。在高胶接强度体系（纤维间的载荷传递效率高，但断裂韧性差）与较低胶接强度体系（纤维间的载荷传递效率不高，但韧性较高）之间需要折衷。在应力水平和方向不确定情况下使用或在纤维排列精度较低情况下制造的复合材料往往要求基体比较软，同时不太严格。在明确应力水平情况下使用和在严格控制纤维排列情况下制造的先进复合材料，应通过使用高模量和高胶接强度的基体以更充分地发挥纤维的最大性能。树脂体系环氧树脂一般具有工艺性好、成本较低等特点，使用温度一般不高于130℃；双马树脂的工艺性不如环氧树脂，但优于聚酰亚胺树脂，具有优异的力学性能，使用温度不高于230℃；氰酸酯树脂具有优异的介电性能，耐温等级及工艺性能与双马树脂相近；聚酰亚胺是耐温等级最高的一类树脂体系，最高使用温度可达400℃，一般应用于发动机相关结构。高性能热塑性树脂具有优异的韧性、损伤容限，良好的耐环境、低吸湿率和低释放速率等特点，并且成型周期短，可多次熔融重复成型。

聚合物基体的种类不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物等。不饱和聚酯树脂是制造玻璃纤维复合材料的一种重要树脂。

在国外，聚酯树脂占玻璃纤维复合材料用树脂总量的80%以上。树脂体系－环氧树脂环氧树脂固化剂促进剂填料偶联剂增韧剂环氧树脂体系AG-80、AFG-90、E-51(618)、E-44(6101)、E-20(601)、CYD-128、CYD-014、CYD-017二氨基二苯砜、双氢胺、三乙烯四胺、2－乙基－4－甲基咪唑、MNA酸酐丁晴橡胶、聚砜DMP－30、NK－MDKF550、KF－560、沃兰环氧树脂环氧树脂用途最广泛它的粘合能力大,制造工艺简单,固化后收缩小,硬度高,韧性好,一般能在120度以下使用,环氧树脂分类

根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：

1、缩水甘油醚类环氧树脂

2、缩水甘油酯类环氧树脂

3、缩水甘油胺类环氧树脂

4、线型脂肪族类环氧树脂

5、脂环族类环氧树脂环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂特点

在加热条件下即能固化，无须添加固化剂，酸、碱对固化反应起促进作用，已固化的树脂有良好的压缩性能，良好的耐水、耐化学介质和耐烧蚀性能，树脂固化过程中有小分子析出，故需在高压下进行，固化时体积收缩率大，树脂对纤维的粘附性不够好，但断裂延伸率低，脆性大。环氧树脂的性能和特性1、形式多样。

各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

2、固化方便。

选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。

3、粘附力强。

环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。

环氧树脂的性能和特性4、收缩性低。

环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。

5、力学性能。

固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

6、电性能。

固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

7、化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。环氧树脂的性能和特性

8、尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

9、耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。环氧树脂的性能和特性高性能环氧基复合材料应用复合材料在航空上的应用大体经过了三个阶段。开始以等代设计选择飞机的非承力或次承力结构，用脆性复合材料制成的构件为各类活动口盖、壁板、舱门等。随后采用优化设计的方法，选用具有一定韧性复合材料制成了承力构件垂尾、方向舵、平尾等。80年代末90年代初，高性能环氧基复合材料已扩大应用到机翼、机身等大型主承力构件，同时一些次承力构架上韧性较差的复合材料相继被替代。高性能环氧基复合材料应用复合材料公司使用机型使用部位977-3/IM78552/IM7R6376/HTA8552/As48551-7/IM73900-2/T800ICIHerculesCibaHerculesHerculesTorayF/A-18RAH-66A330/A340A330/A340V-22B777机翼、蒙皮主承力结构中央翼盒机翼壁板、尾翼地板、尾翼树脂体系－酚醛树脂酚醛树脂复合材料具有耐热性高，能在150～200℃范围内长期使用、吸水性小、电绝缘性能强、耐腐蚀、尺寸精确和稳定等特点。它还能耐烧蚀。此外，原料充足，价格低廉。因此，酚醛树脂复合材料已广泛地在电机、电器及航空、宇航工业中用作电绝缘材料以及耐烧蚀的结构材料（舱内材料）。树脂体系－酚醛树脂但由于酚醛树脂在固化过程中有挥发性副产物生成，须施加较高的成型压力（60～500kg/cm2），故对大型制件的应用，受到一定的限制，使用较环氧及聚酯树脂为少。近年来，也试制成低压酚醛树脂，能在30kg/cm2的条件下成型，为酚醛树脂的应用，提供了有利条件。酚醛树脂大量用于粉状压塑料、短纤维增强塑料，少量用于玻璃纤维复合材料、耐烧蚀材料等，很少使用在碳纤维和有机纤维复合材料中。酚醛复合材料的应用电气工业：绝缘结构、接触开关、高压电器件等。交通运输业：汽车、火车等交通工具的制动材料，列车、地铁的风道、内部装饰板、台面、前端鼻型面、整体司机室等，船舶的内部装饰面板是很大的市场。航空航天：改性酚醛浸渍的纸、织物、Nomex蜂窝等广泛地应用在舱内阻燃装饰材料，火箭的鼻锥、外壳、发动机喷嘴等部件上。树脂体系－双马树脂双马树脂（BMI）是多官能团化合物，是先进复合材料的一类重要树脂基体，它既具有类似于环氧树脂的工艺性，又具有聚酰亚胺优良的耐高温。耐辐射和耐湿热等优良特性，可适用于热压、RTM、RFI和缠绕等多种成型工艺，适合制造各类复杂结构，在许多方面满足先进复合材料的要求，已在航空结构件中得到迅速开发应用。双马树脂特性双马树脂树脂具有典型热固性树脂的流动性和模塑性，可用与环氧树脂相同的成型方法加工成型；BMI固化物由于含有酰亚胺及交联密度高而具有优良的耐热性，使用温度一般在177～230℃。Tg一般大于250℃；同时，BMI树脂具有优良的耐辐射、耐湿热和热膨胀系数小等优点。双马树脂PK环氧树脂

F-22飞机上复合材料应用双马树脂70％，环氧树脂30％

F-35飞机上复合材料应用环氧树脂90％,双马树脂10％

F/A-18飞机上复合材料应用环氧树脂100％

从材料本身到制造工艺双马树脂复合材料成本较环氧树脂高得多加工特性：

具有与环氧树脂相似的加工工艺性，可在177℃下固化，并在固化过程中无挥发性小分子产生。应用：高速数字及高频用印刷电路板；高性能透波结构材料；航空航天用高性能结构复合材料树脂基体。

氰酸酯树脂双马、氰酸酯和环氧树脂及其复合材料性能比较项目BMI氰酸酯环氧树脂固化温度/℃后处理温度/℃固化时间/h纯树脂饱和吸湿率/%玻璃化温度（干态）/℃玻璃化温度（湿度）/℃降低率/%剪切强度干湿态差别20℃100℃冲击后压缩强度/MPa工作温度/℃180-20024016-242.9330020033吸湿<0.6%严重下降214<2501772043-41.56250-2902149吸湿<0.6%有影响236-276<177177--3-44.13>250无影响线性下降<177氰酸酯树脂聚酯树脂与环氧、酚醛树脂相比工艺性良好，室温下固化，常压下成型，工艺装置简单。树脂固化后综合性能良好，力学性能不如酚醛树脂或环氧树脂。价格比环氧树脂低得多，只比酚醛树脂略贵一些。不饱和聚酯树脂的缺点是固化时体积收缩率大、耐热性差等。主要用于一般民用工业和生活用品中。树脂发展趋势

国外树脂基体朝着使用温度和韧性不断提高，成本逐渐降低，并达到低成本和结构/功能一体化的方向发展。

第一代韧性复合材料第三代韧性复合材料第二代韧性复合材料第四代韧性复合材料（国际最高水平）400使用温度/℃CAI/MPa10020030000100200300400中温中高温高温4211

5222

5288A5405542854293232

3238

323332343236

3266-RTM3266ES-RTM5284-RTM6421-RTM6421ES-RTMLP-15MPI-1PYI-1直升机或低速飞机结构用中高速飞机结构用发动机结构用环氧热压环氧RTM双马热压双马RTM聚酰亚胺航材院高性能性树脂基体及预浸料4.3复合材料的增强相粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材料称为增强材料（增强体、增强剂等）。三类：纤维及其织物、晶须和颗粒

纤维:

如植物纤维（棉花、麻类）、动物纤维（丝、毛）和矿物纤维（石棉）。天然纤维强度较低，现代复合材料的增强材料用合成纤维，分为有机纤维和无机纤维。HistoryofFibrousComposites•Wood•800B.CStrawandMudBricks(Adobe)•700B.CLaminatedBowwithAnimalTendons,wood,silk•1910DopedFabricandWoodA/CStructure•1935Owens-CorningFiberglassCorp.•1940PlywoodA/CStructure•1943FRPAircraftStructure•1947FirstCommercialEpoxy•1953CorvetteFRPProductionBody•1958FirstCarbonfromRayon•1959TexacoannouncesBoron•1961FirstGraphitefromPan•1964CarbonFibersfromPan•1965BoronFibersAvailable•1969F-4Boron-EpoxyRudder•1970F-14Boron/EpoxyHorizontal•1973Kevlar49•1985Spectra增强材料增强体

加入基体中能提高其力学性能的物质

增强体类型

纤维状、片状、颗粒状、晶须状、粉末状

增强形式

单向纤维预浸料、2D织物、3D织物、针织对位芳酰胺聚芳酯聚苯并噁唑聚乙烯聚乙烯醇刚性分子链柔性分子链增强体有机纤维氧化铝纤维玻璃纤维无机纤维聚丙烯腈基碳纤维碳化硅纤维增强体分类

按化学组成玻璃纤维GlassE玻璃与S玻璃单纤维d=3-30微米E较低粗纱,织物,纤维毡硼纤维本身是复合材料单纤维d=100微米比强度与Glass的差不多,但是比刚度是Glass的5倍,熔点高碳纤维(Carbon)有机纤维碳化而成,碳化温度1400>T,--碳纤维T>1400---石墨纤维单纤维d=7微米横观各向同性(特殊的各向异性)复合材料不是以原子，分子为量级，而是以颗粒或者纤维的直径为其特征尺寸。又不同于经典连续介质理论的微分单元。

1)纤维芳伦纤维断裂伸长率较大线膨胀系数为负值碳化硅纤维可耐高温易与金属基体亲和制作金属基复合材料的良好材料晶须极细的增强材料纤维Whyarefibersofathindiameter?Thediametersoffibersaregenerallyverysmall(fromfewtohundredmicrons).Thinnerfiberhashigherultimatestrengthbecauselessinherentflaws.Similarphenomenoninmetalsandalloys.Forthesamevolumeoffibers,thinnerfibershaslargersurfaceareathushasstrongerbondwithmatrix.(thetotalsurfaceareaoffibersisinverselyproportionaltothediameteroffibers)Thinnerfiberhaslargerflexibility(

1/EI)andthereforeisabletobebentwithoutbreaking.(e.g.inwovenfabriccomposites).TypicalMechanicalPropertiesofFibersandMetals

PropertiesGraphiteGlassAramid(Kevlar)SteelAluminumSpecificgravity(g/cm3)1.82.51.47.82.6Young’smodulus(GPa)2308512420668.9Ultimatetensilestrength(MPa)206715501379648276Coefficientofthermalexpansion(

m/m/

C)-1.35-511.723A)有机纤维主要有Kevlar纤维、聚乙烯纤维和尼龙纤维

①芳香族酰胺纤维（AromaticPolymide

Fibre,Kevlar,KF）

Kevlar纤维具有高强度、高模量和韧性好等特点。密度较低，而比强度极高，超过玻璃纤维、碳纤维和硼纤维，比模量与碳纤维相近，超过玻璃、钢、铝等。由于韧性好，它不象碳纤维、硼纤维那样脆，因而便于纺织。

常用于和碳纤维混杂，提高纤维复合材料的耐冲击性。

Kevlar纤维属于自熄性材料。②聚乙烯纤维（Polyethylene,PE）聚乙烯纤维是目前国际上最新的超轻、高比强度、高比模量纤维，成本也比较低。通常聚乙烯纤维的分子量大于106，纤维的拉伸强度为3.5GPa，弹性模量为116GPa，延伸率为3.4%，密度为0.97g/cm3。在纤维材料中，聚乙烯纤维具有高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等多种优异性能。其不足之处是熔点较低（约135℃）和高温容易蠕变。因此仅能在100℃以下使用，可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。B)无机纤维①玻璃纤维（GlassFibre,GF或Gt）

玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类，经熔融后以极快的速度抽丝而成。由于它质地柔软，因此可以纺织成各种玻璃布、玻璃带等织物。价格便宜，品种多，适于编织各种玻璃布，作为增强材料广泛用于航空航天、建筑领域及日常用品。

缺点是不耐磨，易折断，易受机械损伤，长期放置强度下降。玻璃纤维的种类很多按用途可分为：高强度纤维、低介电纤维、耐化学药品纤维、耐电腐蚀纤维、耐碱纤维；按化学成分可分为：有碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、低碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维；按单丝直径可分为：粗纤维、初级纤维、中级纤维、高级纤维。玻璃纤维的伸长率和热膨胀系数小，除氢氟酸和热浓强碱外，能耐许多介质的腐蚀。玻璃纤维不燃烧，耐高温性能较好，适用于较高温度下使用。玻璃纤维生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：

1、E-玻璃亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。玻璃纤维2、S-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。E-glassroving(2)碳纤维

碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的纤维状碳材料，其碳含量在90%以上。

碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，

此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。碳纤维（CarbonFibre,CF或Cf）纤维中含碳量在95%左右的碳纤维和含碳量在99%左右的石墨纤维。自20世纪60年代美国和日本分别以人造丝(粘胶纤维）、聚丙烯烃（Polyacryonitrile,简写为PAN）和沥青为原料成功地制备出碳纤维,其中以聚丙烯烃最为主要。ProcessingPAN(polyacrylonitrile

聚丙烯腈)orpitch(沥青

)carbonfibersbyhotstretching沥青聚丙烯腈碳纤维向高强度高模量方向发展，已生产出高模量碳纤维（HM）、超高模量碳纤维、高强度碳纤维（HS）、超高强度碳纤维和高强度高模量碳纤维。按力学性能可将碳纤维分成高强度碳纤维、高模量碳纤维和普通碳纤维。碳纤维最突出的特点是强度和模量高、密度小，与碳素材料一样具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值；具有很好的耐高温蠕变性能，一般碳纤维在1900℃以上才呈现出永久塑性变形。此外碳纤维还具有摩擦系数小、润滑性好、导电性高等特点。

碳纤维的不足之处是价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上，因此大大限制了它的推广应用。此外碳纤维的抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳。Carbon/graphite

fibers

Carbon/graphitefibershaveveryhighspecificstiffness,specificultimatestrengthandhighfatiguestrength.AnotherveryuniqueadvantageofcarbonfibersistheverylowandnegativeCTE(coefficientofthermalexpansion).Thatiswhyagraphite/epoxycompositecanhaveaverylowCTE.Thedisadvantagesincludehighcost(10-20timesofglassfibers),lowimpactresistanceandhighelectricconductivity.Differencesbetweencarbonfiberandgraphitefiberareinthecarboncontent(93%-95%versus>99%)andinthemanufacturingtemperature(1300

Cversus1900

C).晶体结构活性碳纤维③硼纤维（BoronFibre，BF或Bf）1958年C.P.Talley首先用化学气相沉积（Chemicalvapourdeposition，简称CVD）方法研制成功高模量的硼纤维。现在硼纤维通用的制备方法是在加热的钨丝表面通过化学反应沉积硼层。硼纤维的直径有100μm、140μm、200μm几种。硼纤维具有很高的弹性模量和强度，但其性能受沉积条件和纤维直径的影响，硼纤维的密度为2.4~2.65g/cm3，拉伸强度为3.2~5.2GPa，弹性模量为350~400GPa。硼纤维具有耐高温和耐中子辐射性能。硼纤维的缺点:工艺复杂，不易大量生产，其价格昂贵。由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。目前已研究用碳纤维代替钨丝，以降低成本和密度，结果表明，碳心硼纤维比钨丝硼纤维强度下降5%，但成本降低25%。硼纤维在常温为较惰性物质，但在高温下易与金属反应，因此需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。硼纤维主要用于聚合物基和金属基复合材料。④氧化铝纤维（Aluminia

Fibre，AF或（Al2O3）f）

氧化铝纤维是多晶连续纤维，除Al2O3外常含有约15%的SiO2。具有优良的耐热性和抗氧化性，直到370℃强度仍下降不大。缺点是在所有纤维中密度最大。

主要用于金属基复合材料。⑤碳化硅纤维（SiliconCarbideFibre，SF或SiCf）目前SiC纤维的生产有有机合成法和CVD法两种。SiC纤维是高强度高模量纤维，有良好的耐化学腐蚀性、耐高温和耐辐射性能。最高使用温度为1250℃，在1200℃其拉伸强度和弹性模量均无明显下降，因此比碳纤维和硼纤维具有更好的高温稳定性。此外SiC纤维还具有半导体性能。与金属相容性好，常用于金属基和陶瓷基复合材料。(3)其他纤维①陶瓷纤维具有陶瓷化学成分的纤维称为陶瓷纤维，如氧化铝、碳化硅纤维以及氧化锆、氧化铍、氧化镁、氧化钛、氮化硼和硼化钛等纤维。陶瓷纤维的特点是可耐1260～1790℃的高温（在惰性和氧化性气氛中）、耐磨耐腐蚀性好和良好的物理机械性能，特别适合于陶瓷基复合材料。陶瓷纤维的缺点是对裂纹等缺陷敏感，脆性大。②金属和钢纤维金属和钢的特点是导电性和导热性好，塑性和抗冲击性好。钢纤维常用于混凝土基复合材料。2)晶须晶须（Wisker）是指具有一定长径比（一般大于10）和截面积小于52×10-5cm2的单晶纤维材料。具有实用价值的晶须直径约为1～10μm，长度与直径比在5～1000之间。晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。晶须可分为:金属晶须（如Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等）、氧化物晶须（如MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等）、陶瓷晶须（如碳化物晶须SiC、TiC、ZrC、WC、B4C）、氮化物晶须（如TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等）无机盐类晶须（如K2Ti6O13和Al18B4O33）。晶须的制备方法有化学气相沉积（CVD）法、溶胶—凝胶法、气液固（VLS）法、液相生长法、固相生长法原位生长法等。3)．颗粒用以改善基体材料性能的颗粒状材料，称为颗粒增强体（ParticleReinforcement）。颗粒增强体主要是指具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，如碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石等。这些颗粒增强体也称为刚性颗粒增强体（RagidParticleReinforcement）或陶瓷颗粒增强体。颗粒增强体以很细的粉末（一般在10μm以下）加入到金属基和陶瓷基中起提高耐磨、耐热、强度、模量和韧性的作用。如在Al合金中加入体积为30%，粒径为0.3μm的Al2O3颗粒,材料在300℃时的拉伸强度仍可达220MPa，并且所加入的颗粒越细，复合材料的硬度和强度越高。在Si3N4陶瓷中加入体积为20%的TiC颗粒，可使其韧性提高5%。颗粒作用另一类颗粒增强体称为延性颗粒增强体（DuctileParticleReinforcement）,主要为金属颗粒，加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增强其韧性，如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。金属颗粒的加入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能会有所下降。颗粒增强体的特点是选材方便，可根据不同的性能要求选用不同的颗粒增强体。颗粒增强体成本低，易于批量生产。颗粒作用5复合材料的特性与传统金属材料相比1)比强度和比模量高(轻质高强)材料密度(G/CM3)拉伸强度GPa弹性模量GPa比强度(*107cm)比模量(*109cm)钢7.81.01205.940.130.27碳纤维/环氧1.60.99235.360.631.5复合材料的比强度和比刚度较高材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。TypicalMechanicalPropertiesofPRCandMetalsPropertiesGraphite/epoxy(Vf=0.7)Glass/epoxy(Vf=0.45)SteelAluminumLongi-tudinalTranse-verseLongitudinalTransverseSpecificgravity(g/cm3)1.61.61.81.87.82.6Young’smodulus(GPa)18110.338.68.2720668.9Ultimatetensilestrength(MPa)150040106231648276Coefficientofthermalexpansion(

m/m/

C)0.0222.58.622.111.723MaterialPropertiesMaterialr(kg/m3)Y.M.(GPa)Yield(MPa)ThermalExpansion(10-6/K)Al28006827623.6M4Ti44001108259Be200030434511.5CompositeCFRP1620281586[-11.7,29.7]AdvantagesofcompositematerialsHighspecificstiffness(E/

)andhighspecificstrength(

ult/

)

weightreduction,aerospaceandsportinggoods.2)具有可设计性

复合材料的力学性能可以设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。

例如，在某种铺层形式下，材料在一方向受拉而伸长时，在垂直于受拉的方向上材料也伸长，这与常用材料的性能完全不同。又如利用复合材料的耦合效应，在平板模上铺层制作层板，加温固化后，板就自动成为所需要的曲板或壳体。

纤维,基体,覆层方式,纤维方向,含量通过计算机程序来实现复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合材料。仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、铝和硼混合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料比其原材料坚固40％。仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料，中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。

3)抗疲劳性能好/减震性能好/破损安全性好

复合材料的抗疲劳性能良好。一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。

3)抗疲劳性能好/减震性能好/破损安全性好

复合材料的减振性能良好。纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大，因此具有较好的减振性能。

用同形状和同大小的两种粱分别作振动试验，碳纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属粱要短得多。

3)抗疲劳性能好/减震性能好/破损安全性好复合材料的安全性好。

在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。

当用这种材料制成的构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力。4)高温性能好复合材料通常都能耐高温。在高温下，用碳或硼纤维增强的金属其强度和刚度都比原金属的强度和刚度高很多。普通铝合金在400℃时，弹性模量大幅度下降，强度也下降；而在同一温度下，用碳纤维或硼纤维增强的铝合金的强度和弹性模量基本不变。复合材料的热导率一般都小，因而它的瞬时耐超高温性能比较好。5)抗腐蚀性Highcorrosionresistance

Acid,alkaliresistanceofpolymers,chemicalandmarineapplications,infrastructureapplications.6)制造工艺简单复合材料的成型工艺简单。纤维增强复合材料一般适合于整体成型，因而减少了零部件的数目，从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。另外，制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先用模具成型，而后加温固化，在制作过程中基体由流体变为固体，不易在材料中造成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。自动化程度高Disadvantagesofcompositematerials

Highcostoffabrication

Complexityinmechanicalcharacterizationanddifficultyinanalysis

Weakintransversedirectionandlowtoughness

Difficultyinattaching(Joining)

Environmentaldegradation(Polymermatrixabsorbmoisture)低成本高性能制造技术未来复合材料的研究方向未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料、和发展多功能、机敏、智能复合材料等领域。6几个专门术语均质：物体在各处有相同的性能，即物体的性能不是物体内位置的函数。非均质：物体在各处有不相同的性能，即物体的性能是物体内位置的函数。各向同性：在物体内一点的各个方向上都表现有相同的性能。也就是说某点的性能不是该点方向的函数。各向异性：在物体内一点的各个方向上可能表现有不相同的性能。也就是说某点的性能是该点方向的函数。Isotropicmaterial

Anisotropicmaterialhaspropertiesthatarethesameatalldirections.Themeasuredpropertiesofanisotropicmaterialareindependentoftheaxisoftesting.(Anisotropic)Homogeneousbody

Ahomogeneousbodyhaspropertiesthatarethesameatallpointsinthebody.(Inhomogeneous,Nonhomogeneous,heterogeneous)单层:由纤维与基体构成复合材料的基本单元层合板:由单层构成的复合材料结构.Lamina

AlaminaisasinglethinplyorlayerofunidirectionalfibersarrangedinamatrixLamimae

PluraloflaminaLaminate

Alaminateisastackoflaminae.Eachlayercanbelaidatvariousorientationsandcanbedifferentmaterialsystems.对于复合材料，由于存在可以从界面区分的相和叠层，一般认为是非均质的。当分析尺度继续扩大后，它又可以用等效的均质体来代替。此时，颗粒复合材料和方向随机分布的短纤维（和晶须）复合材料可以认为是各向同性的。而纤维（包括织物）规则排列的复合材料，通常是各向异性。材料的尺度一种材料视为均质的，也可以是非均质的，取决于分析时观察问题的尺度。从原子水平来看，任何材料都是不连续的和非均质的。当所考虑的区域增大到某种程度时，原子结构在分析中已经失去了它的重要性。连续介质力学开始有效。宏观-细观-微观-纳观mm级-0.1mm至0.1μm-μm-nm7复合材料的应用1.航天、航空工程中应用国内外已应用于飞机发动机、机身、机翼、驾驶舱、螺旋桨、雷达罩等，固体火箭发动机壳体。人造卫星、太空站和天地往返运输系统等方面。

2.船舶工程中的应用应用于制造深水潜艇，很多游艇、赛艇都用复合材料制造。3.建筑工程中的应用大型体育馆、厂房、市场的屋顶采用复合材料制成薄壳结构。4.兵器工业中应用坦克装甲上得到了广泛应用，另外应用于防弹背心、安全帽等防护制品。5.化学工程中应用采用复合材料可以减少腐蚀延长设备寿命。6.车辆制造工业中应用火车的车身、门窗，汽车的车身、底盘、引擎，自行车车架等等。7.电器设备中的应用可用于制造绝缘设备。8.医学领域中的应用应用于制造假肢、人造骨骼、关节，以及一些医疗设备。7复合材料的应用现代轻质复合材料具有高的比强度、比模量，抗疲劳、耐腐蚀、成形工艺性好以及可设计性强等特点，现已成为飞机、火箭、宇宙飞船等航空航天结构中与铝合金、钛合金和钢并驾齐驱的四大结构材料之一复合材料的应用例：波音757的机翼和机身、复合材料整流罩包皮、直升飞机中能量吸收结构部件等。

F117隐性飞机－－全复合材料体育器材――金牌有科学家的一半各国在发展高技术计划中对先进复合材料都给予优先考虑如前苏联的“赛格”反坦克导弹从外观上看实现了塑料化。它的主要复合材料结构件有：风帽、壳体、尾翼座、尾翼等。使用的材料为玻纤增强酚醛塑料，复合材料构件占总体零件数的75%。美国的"陶式"反坦克导弹，法国的"霍特"反坦克导弹，"阿皮拉斯"反坦克火箭弹的发射筒，发动机壳体分别用玻纤增强环氧树脂和芳纶纤维增强环氧树脂制造。美国陆军已研究证实了水陆两用车复合材料舱门和炮塔可减重15.5%。美国陆军的M113A3装甲人员输送车已采用S2玻纤增强酚醛树脂复合材料制造车体，取代了早期的Kevlar纤维复合材料，提高了防火和烟雾特性，降低了成本。美国还考究了MIAI主战坦克上各部件复合材料化的可行性，优选出22个部件采用复合材料制造，可减重1440kg，降低成本1835美元。据估计在地球同步卫星上每减轻一磅的质量就能带来2万美元的经济效益。国外的新一代军机和民用运输机已普遍采用复合材料，第四代战机复合材料用量占飞机结构重量的25％～40％，干线客机用量约15％，其应用水平成为飞机先进性的一个重要标志。

随着我国复合材料技术和应用技术水平的提高，复合材料在兵器上的应用范围越来越大。如:芳纶纤维增强复合材料已用于主战坦克的首上装甲和炮塔复合装甲；

玻璃纤维增强复合材料用于反坦克导弹的战斗部壳体、尾翼座、发动机壳体以及火箭弹的喷管等。

90年代复合材料在兵器上应用进入了一个新时代，高强度玻纤增强树脂复合材料用于多管远程火箭弹和空空导弹的结构材料和烧蚀-隔热材料，使金属喷管达到了塑料化，烧蚀-隔热-结构多功能化，实现了喷管收敛段、扩张段和尾翼架多部件一体化，大大减轻武器的重量，提高了战术性能，简化了工艺，降低了成本。航空复合材料发展形势及我国的差距我国在飞机结构复合材料方面的差距≈25年为增强我国综合国力，我国已把先进复合材料作为发展高技术领域的关键新材料，被列位国家高技术研究发展计划纲要重要内容。关键词NASA波音空中BUS蜂窝/夹层/三明治晶片纳米SiO2/环氧树脂复合材料Neat1%3%5%7%TEMneat1%3%5%7%…Inreality,ontheA330MaterialsonAirbusA380C-17复合材料分布图

参照结构：F-22正弦波梁参照结构：F-22正弦波梁雷达天线罩

天线风力机

水箱玻璃钢渔船

SMC片料及模压制品

T-bar格栅工字钢格栅

各种型材屋顶

复合材料在发动机上的用量（lb）

铝合金、钢在发动机上的应用逐渐减少，复合材料在发动机上的应用比例逐渐增大，碳纤维增强树脂基复合材料增加最快。发动机复合材料应用复合材料在航天领域的应用复合材料在航天领域的应用复合材料遥感天线

复合材料在航天领域的应用复合材料自回弹天线

月球探测卫星用数据传输天线反射器奥运画纸奥运画纸复合材料汽车高速列车车头

大型发电机叶片

医疗设备配件

医疗设备配件（乳腺检查）

箭杆、拐杖

天线反射面

压力容器气瓶

桥梁补强

随着科技的发展，复合材料在军用和民用领域必将会有更快、更多、更大的发展！8复合材料研究基础理论1)复合材料力学性能与行为2)复合材料的材料设计与结构设计,功能设计3)复合材料的物理性能4)复合材料的界面与力学行为5)复合材料工艺学复合材料力学性能与行为

复合材料力学是研究复合材料在外界因素(荷载,温度,湿度)作用下的力学响应的一门科学,是固体力学的一个新分支.

复合材料力学性能与行为复合材料力学是固体力学的一个新兴分支，它研究由两种或多种不同性能的材料，在宏观尺度上组成的多相固体材料，即复合材料的力学问题。

复合材料具有明显的非均匀性和各向异性性质，这是复合材料力学的重要特点。

但中国在复合材料力学研究方面的起步和水平晚于欧美十到十五年。复合材料力学发展1964年罗森提出了确定单向纤维增强复合材料纵向压缩强度的方法1966年惠特尼和赖利提出了确定复合材料弹性常数的独立模型法1968年，经蔡为仑和希尔的多年研究形成了蔡-希尔破坏准则；1971年又出现了张量形式的蔡-吴破坏准则1970年琼斯研究了一般的多向层板，并得到简单的精确解1972年惠特尼用双重傅里叶级数，求解了扭转耦合刚度对各向异性层板的挠度、屈曲载荷和振动的影响问题，用这种方法求解的位移既满足自然边界条件，又能很快收敛到精确解夏米斯、汉森和塞拉菲尼研究了复合材料的抗冲击性能。另外，蔡为仑在单向层板非线性变形性能的分析方面，索哈佩里在复合材料粘弹性应力分析等都做了开创性的研究工作亚当斯在非弹性问题的细观力学理论方面进入20世纪60年代后复合材料力学发展的步伐加快了