现代复合材料导论.ppt

现代复合材料导论现代复合材料导论中山大学教育部聚合物基复合材料与功能材料重点实验室，材料科学中山大学教育部聚合物基复合材料与功能材料重点实验室，材料科学中山大学教育部聚合物基复合材料与功能材料重点实验室，材料科学中山大学教育部聚合物基复合材料与功能材料重点实验室，材料科学研究所，广州，研究所，广州，研究所，广州，研究所，广州，510275510275510275510275，TEL/FAXTEL/FAXTEL/FAXTEL/FAX：[phone]，E-mailE-mailE-mailE-mail：报告人：容敏智报告人：容敏智1第一章第一章 概述概述术语的定义术语的定义术语的定义术语的定义l l材料：为了某种利用目的而具备了必要性质的物质。材料：为了某种利用目的而具备了必要性质的物质。材料：为了某种利用目的而具备了必要性质的物质。材料：为了某种利用目的而具备了必要性质的物质。l l原料：在材料中，依靠特别化学变化，用以制造其原料：在材料中，依靠特别化学变化，用以制造其原料：在材料中，依靠特别化学变化，用以制造其原料：在材料中，依靠特别化学变化，用以制造其它物质的物质。它物质的物质。它物质的物质。它物质的物质。l l素材：从制成品的角度看，它是用于制成品中的材素材：从制成品的角度看，它是用于制成品中的材素材：从制成品的角度看，它是用于制成品中的材素材：从制成品的角度看，它是用于制成品中的材料（组份）。料（组份）。料（组份）。料（组份）。l l性能：物质的性质中，被动的性质。性能：物质的性质中，被动的性质。性能：物质的性质中，被动的性质。性能：物质的性质中，被动的性质。l l机能：物质的性质中，能动的性质。机能：物质的性质中，能动的性质。机能：物质的性质中，能动的性质。机能：物质的性质中，能动的性质。l l复合材料：复合两种以上素材，揉合各素材所具有复合材料：复合两种以上素材，揉合各素材所具有复合材料：复合两种以上素材，揉合各素材所具有复合材料：复合两种以上素材，揉合各素材所具有的特性，使其具有多种特性。或依靠乘积效果，发的特性，使其具有多种特性。或依靠乘积效果，发的特性，使其具有多种特性。或依靠乘积效果，发的特性，使其具有多种特性。或依靠乘积效果，发挥新的特性。挥新的特性。挥新的特性。挥新的特性。2天然复合材料骨头天然复合材料骨头l l胶原纤维胶原纤维胶原纤维胶原纤维/磷酸钙的磷酸钙的磷酸钙的磷酸钙的复合材料；复合材料；复合材料；复合材料；l l胶原纤维非常合理地胶原纤维非常合理地胶原纤维非常合理地胶原纤维非常合理地向抵御外力的方向取向抵御外力的方向取向抵御外力的方向取向抵御外力的方向取向；向；向；向；l l海绵质抵御外力，致海绵质抵御外力，致海绵质抵御外力，致海绵质抵御外力，致密质变成骨髓腔，构密质变成骨髓腔，构密质变成骨髓腔，构密质变成骨髓腔，构成即简单，又具有强成即简单，又具有强成即简单，又具有强成即简单，又具有强韧度的硬性材料；韧度的硬性材料；韧度的硬性材料；韧度的硬性材料；3l l内侧组织粗造柔软，外内侧组织粗造柔软，外内侧组织粗造柔软，外内侧组织粗造柔软，外侧组织致密坚硬；侧组织致密坚硬；侧组织致密坚硬；侧组织致密坚硬；l l细胞壁是由微纤维与木细胞壁是由微纤维与木细胞壁是由微纤维与木细胞壁是由微纤维与木质素和半纤维素构成；质素和半纤维素构成；质素和半纤维素构成；质素和半纤维素构成；l l微纤维赋予木材强度，微纤维赋予木材强度，微纤维赋予木材强度，微纤维赋予木材强度，木质素给木材以刚度。木质素给木材以刚度。木质素给木材以刚度。木质素给木材以刚度。天然复合材料木头天然复合材料木头4天然纤维的结构天然纤维的结构剑麻叶片的横截面剑麻叶片的横截面剑麻叶片的横截面剑麻叶片的横截面剑麻剑麻剑麻剑麻5天然纤维的细胞结构与化学组成天然纤维的细胞结构与化学组成某些纤维某些纤维某些纤维某些纤维的组成的组成的组成的组成6从天然复合材料学习的技巧从天然复合材料学习的技巧1.1.1.1.实例都是无机物或有机物实例都是无机物或有机物实例都是无机物或有机物实例都是无机物或有机物使用纤维坚固使用纤维坚固使用纤维坚固使用纤维坚固的复合材料；的复合材料；的复合材料；的复合材料；2.2.2.2.天然复合材料的优势：天然复合材料的优势：天然复合材料的优势：天然复合材料的优势：55具有巧妙的组织；具有巧妙的组织；具有巧妙的组织；具有巧妙的组织；55 具有自身修复性；具有自身修复性；具有自身修复性；具有自身修复性；由可再生成分组成；由可再生成分组成；由可再生成分组成；由可再生成分组成；55合成过程利用了生物工艺学。合成过程利用了生物工艺学。合成过程利用了生物工艺学。合成过程利用了生物工艺学。7复合材料的历史复合材料的历史55 7 7 7 7千年前，新石器时代半坡村遗千年前，新石器时代半坡村遗千年前，新石器时代半坡村遗千年前，新石器时代半坡村遗址中（西安），发现用草掺泥制成址中（西安），发现用草掺泥制成址中（西安），发现用草掺泥制成址中（西安），发现用草掺泥制成的墙壁和砖坯等建筑材料；的墙壁和砖坯等建筑材料；的墙壁和砖坯等建筑材料；的墙壁和砖坯等建筑材料；55 5 5 5 5千年前，中东用沥青作为芦苇千年前，中东用沥青作为芦苇千年前，中东用沥青作为芦苇千年前，中东用沥青作为芦苇的黏合剂造船；的黏合剂造船；的黏合剂造船；的黏合剂造船；55 4 4 4 4千年前的夏时代已开始出现漆千年前的夏时代已开始出现漆千年前的夏时代已开始出现漆千年前的夏时代已开始出现漆器，用丝、麻等天然纤维作增强剂，器，用丝、麻等天然纤维作增强剂，器，用丝、麻等天然纤维作增强剂，器，用丝、麻等天然纤维作增强剂，用大漆作粘结剂；用大漆作粘结剂；用大漆作粘结剂；用大漆作粘结剂；55秦汉以后对底胎和面漆的改革出秦汉以后对底胎和面漆的改革出秦汉以后对底胎和面漆的改革出秦汉以后对底胎和面漆的改革出现了中空漆佛像。现了中空漆佛像。现了中空漆佛像。现了中空漆佛像。8复合材料的历史复合材料的历史最早的涂料最早的涂料生漆生漆（国漆、大漆、土漆）（国漆、大漆、土漆）主成分是具有双键侧链的漆酚，经氧化主成分是具有双键侧链的漆酚，经氧化后聚合成高分子链。后聚合成高分子链。漆漆（木汁如水滴而下，形象表现割漆的情（木汁如水滴而下，形象表现割漆的情形。）形。）漆树在秦汉时期主要分布在黄河流域，漆树在秦汉时期主要分布在黄河流域，后来由于中原气候变冷，漆树现主要分后来由于中原气候变冷，漆树现主要分布在四川盆地。布在四川盆地。9鉴真漆佛像鉴真漆佛像郑和宝船郑和宝船10复合材料的分类复合材料的分类 复合材料的组成复合材料的组成复合材料的组成复合材料的组成l l基体基体基体基体(Matrix):Matrix):含量较大，连续分布的组成相含量较大，连续分布的组成相含量较大，连续分布的组成相含量较大，连续分布的组成相l l增强相增强相增强相增强相(Reinforcement Elements):Reinforcement Elements):含量较小，分含量较小，分含量较小，分含量较小，分散分布，一般起增强作用散分布，一般起增强作用散分布，一般起增强作用散分布，一般起增强作用 1 1 按基体的性质分按基体的性质分按基体的性质分按基体的性质分l l金属基复合材料（金属基复合材料（金属基复合材料（金属基复合材料（Metal Matrix Composite Metal Matrix Composite Materials,MMCs)Materials,MMCs)l l树脂基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料(Polymer Matrix Polymer Matrix Composites,PMCs)Composites,PMCs)l l陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Ceramic Matrix Composites,CMCs)Composites,CMCs)112 2 按增强相的形状分按增强相的形状分按增强相的形状分按增强相的形状分（示意图见下页）（示意图见下页）（示意图见下页）（示意图见下页）l l纤维增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Fiber Reinforced Composites,FRCs)Composites,FRCs)l l层压复合材料层压复合材料层压复合材料层压复合材料(Laminated Composites,Laminated Composites,Laminates)Laminates)l l颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料(Particulate Reinforced Particulate Reinforced Composites,PRCs)Composites,PRCs)3 3 按制造方法分按制造方法分按制造方法分按制造方法分l l人造或合成复合材料人造或合成复合材料人造或合成复合材料人造或合成复合材料(Synthetic Composites)Synthetic Composites)l l自生复合材料（原位复合材料）自生复合材料（原位复合材料）自生复合材料（原位复合材料）自生复合材料（原位复合材料）(in situ in situ Composites)Composites)4 4 按用途分按用途分按用途分按用途分l l结构复合材料结构复合材料结构复合材料结构复合材料(Structrual Composites)Structrual Composites)l l功能复合材料功能复合材料功能复合材料功能复合材料(Functional Composites)Functional Composites)12复合材料的分类复合材料的分类qq 按增强剂的形态、排列分：按增强剂的形态、排列分：按增强剂的形态、排列分：按增强剂的形态、排列分：1.基体中分布基体中分布长纤维长纤维：定向的、随机的；：定向的、随机的；2.基体中分布基体中分布短纤维短纤维：定向的、随机的；：定向的、随机的；3.基体中分布基体中分布颗粒颗粒（球形、片形、不规则形等）；（球形、片形、不规则形等）；4.基体中颗粒弥散强化：颗粒尺寸小于基体中颗粒弥散强化：颗粒尺寸小于10-8m;5.层状结构；层状结构；6.骨架式或穿插式骨架式或穿插式网状结构网状结构（三维复合材料）；（三维复合材料）；7.多种纤维或颗粒等。多种纤维或颗粒等。13增强相形状示意图增强相形状示意图复复合合材材料料颗粒增强颗粒增强层压复合材料层压复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料长纤维长纤维增强增强短纤维短纤维增强增强定向排布定向排布混乱排布混乱排布取向性排布取向性排布14复合材料的分类复合材料的分类qq 按聚合物（树脂）分：按聚合物（树脂）分：按聚合物（树脂）分：按聚合物（树脂）分：热固性树脂复合材料；热固性树脂复合材料；热固性树脂复合材料；热固性树脂复合材料；热塑性树脂复合材料。热塑性树脂复合材料。热塑性树脂复合材料。热塑性树脂复合材料。qq 按聚合物种类分：按聚合物种类分：按聚合物种类分：按聚合物种类分：聚酯树脂基复合材料；聚酯树脂基复合材料；聚酯树脂基复合材料；聚酯树脂基复合材料；环氧树脂基复合材料；环氧树脂基复合材料；环氧树脂基复合材料；环氧树脂基复合材料；酚醛树脂基复合材料；等等。酚醛树脂基复合材料；等等。酚醛树脂基复合材料；等等。酚醛树脂基复合材料；等等。15各种树脂基体各种树脂基体qq 不饱和聚不饱和聚不饱和聚不饱和聚酯：酯：酯：酯：16各种树脂基体各种树脂基体qq 酚醛树脂：酚醛树脂：酚醛树脂：酚醛树脂：17各种树脂基体各种树脂基体qq 环氧树脂：环氧树脂：环氧树脂：环氧树脂：18树脂基复合材料的特性树脂基复合材料的特性qq 优点：优点：优点：优点：1.轻质高强：玻璃钢的比强度是钢材的轻质高强：玻璃钢的比强度是钢材的4倍；倍；2.抗疲劳性能好：钢材抗疲劳性能好：钢材40，纤维复合材料，纤维复合材料70；3.减震性好，阻尼高；减震性好，阻尼高；4.破损安全性好破损安全性好;5.耐化学腐蚀；耐化学腐蚀；6电性能好，绝缘性高；电性能好，绝缘性高；7.热导率低，线膨胀系数小；热导率低，线膨胀系数小；8.成型工艺优越，结构设计灵活。成型工艺优越，结构设计灵活。qq 缺点：模量低、可燃、耐热性低、老化等。缺点：模量低、可燃、耐热性低、老化等。缺点：模量低、可燃、耐热性低、老化等。缺点：模量低、可燃、耐热性低、老化等。19复合材料的应用复合材料的应用领域领域构成构成纤维基体纤维基体粒子基体粒子基体叠层叠层实物生活实物生活FRP，合成皮革，合成皮革，CFRC（外壁材）外壁材），体育用具，体育用具轮胎，制动器，轮胎，制动器，混凝土，烧结混凝土，烧结磁铁磁铁层合板、搪瓷、层层合板、搪瓷、层压箔片、夹网玻璃压箔片、夹网玻璃航空航天航空航天CFRP、CFRM、C/C、ArFRP、各种结构材料各种结构材料透明耐热胶片透明耐热胶片功能功能超导电线超导电线感压导电橡胶感压导电橡胶压电材料压电材料非线性电阻非线性电阻传感陶瓷传感陶瓷照片胶卷、分离膜、照片胶卷、分离膜、记录磁带、光导纤记录磁带、光导纤维、人造血管维、人造血管20树脂基纤维增强复合材料的应用树脂基纤维增强复合材料的应用行业行业实例实例飞机制造飞机制造汽车制造汽车制造造船造船化工化工家具与设备家具与设备电气工业电气工业运动器材运动器材机翼、机身、起落架、直升飞机旋翼叶片；机翼、机身、起落架、直升飞机旋翼叶片；车身、灯壳罩、前后护板、保险横杆、板弹车身、灯壳罩、前后护板、保险横杆、板弹簧、座椅架、驱动轴；簧、座椅架、驱动轴；船壳体、甲板、桅杆；船壳体、甲板、桅杆；管道、储油罐、压力容器；管道、储油罐、压力容器；各种台板、住房、椅子、桌子、梯子；各种台板、住房、椅子、桌子、梯子；仪表面盘、配电盘、绝缘材料；仪表面盘、配电盘、绝缘材料；鱼杆、高尔夫球杆、游泳池、滑雪板、游艇鱼杆、高尔夫球杆、游泳池、滑雪板、游艇21人类第一架全复合材料飞机人类第一架全复合材料飞机22复合材料制品复合材料制品23复合材料制品复合材料制品24复合材料汽车复合材料汽车25第二章第二章 纤维的复合先进复合材料纤维的复合先进复合材料1 1 1 1、为什么采用纤维的形状为什么采用纤维的形状？、为什么采用纤维的形状？、为什么采用纤维的形状？55 一采用纤维的形状，即使相一采用纤维的形状，即使相一采用纤维的形状，即使相一采用纤维的形状，即使相同的素材也变得格外结实，如同的素材也变得格外结实，如同的素材也变得格外结实，如同的素材也变得格外结实，如玻璃纤维，因为急速冷却造成玻璃纤维，因为急速冷却造成玻璃纤维，因为急速冷却造成玻璃纤维，因为急速冷却造成大量的高密度表面；大量的高密度表面；大量的高密度表面；大量的高密度表面；55 纤维可以自由弯曲，所以可纤维可以自由弯曲，所以可纤维可以自由弯曲，所以可纤维可以自由弯曲，所以可以编织布；以编织布；以编织布；以编织布；55 用粘结剂将纤维加固则成为用粘结剂将纤维加固则成为用粘结剂将纤维加固则成为用粘结剂将纤维加固则成为复合材料，可以制成板、管等复合材料，可以制成板、管等复合材料，可以制成板、管等复合材料，可以制成板、管等各种成型物。各种成型物。各种成型物。各种成型物。26纤维素材玻璃纤维纤维素材玻璃纤维27纤维素材碳纤维纤维素材碳纤维28纤维素材芳纶纤维纤维素材芳纶纤维29各种纤维的比较各种纤维的比较30各种纤维的比强度和比模量各种纤维的比强度和比模量31基体素材基体素材1 1 1 1、基体聚合物、金属、陶瓷、基体聚合物、金属、陶瓷、基体聚合物、金属、陶瓷、基体聚合物、金属、陶瓷、碳基体；碳基体；碳基体；碳基体；55 聚合物基体包括：聚合物基体包括：聚合物基体包括：聚合物基体包括：热固性树脂：如不饱和树脂、酚热固性树脂：如不饱和树脂、酚热固性树脂：如不饱和树脂、酚热固性树脂：如不饱和树脂、酚醛树脂、环氧树脂等；醛树脂、环氧树脂等；醛树脂、环氧树脂等；醛树脂、环氧树脂等；热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚醚酮等；醚醚酮等；醚醚酮等；醚醚酮等；55 金属基体包括：铝、镁、钛金属基体包括：铝、镁、钛金属基体包括：铝镁、钛金属基体包括：铝、镁、钛等轻金属及其合金；等轻金属及其合金；等轻金属及其合金；等轻金属及其合金；55 陶瓷基体包括：氧化铝、氧陶瓷基体包括：氧化铝、氧陶瓷基体包括：氧化铝、氧陶瓷基体包括：氧化铝、氧化硅、碳化硅、氮化硼、玻璃、化硅、碳化硅、氮化硼、玻璃、化硅、碳化硅、氮化硼、玻璃、化硅、碳化硅、氮化硼、玻璃、水泥、石灰、砖瓦等。水泥、石灰、砖瓦等。水泥、石灰、砖瓦等。水泥、石灰、砖瓦等。A A阶、阶、阶、阶、B B阶、阶、阶、阶、C C阶的概念阶的概念阶的概念阶的概念32复合定律复合定律1 1 1 1、力学中的混合定律：、力学中的混合定律：、力学中的混合定律：、力学中的混合定律：Xc=XXc=XmmV Vmm+X+Xf1f1V Vf1f1+X+Xf2f2V Vf2f2+55 单向连续纤维增强复合材料：单向连续纤维增强复合材料：单向连续纤维增强复合材料：单向连续纤维增强复合材料：纵向弹性模量：纵向弹性模量：纵向弹性模量：纵向弹性模量：E EcLcL=E=Ef fV Vf f+E+Em m(1-V(1-Vf f)纵向拉伸强度：纵向拉伸强度：纵向拉伸强度：纵向拉伸强度：cucu=fufuV Vf f+mm*(1-V(1-Vf f)33各向异性材料的得失各向异性材料的得失34材料设计材料设计35使用织物使用织物36使用织物使用织物的效果的效果37成型加工方法分为两种：成型加工方法分为两种：成型加工方法分为两种：成型加工方法分为两种：先制造含先制造含先制造含先制造含B B B B阶段树脂的中间基材预浸料，再加热加压阶段树脂的中间基材预浸料，再加热加压阶段树脂的中间基材预浸料，再加热加压阶段树脂的中间基材预浸料，再加热加压使树脂固化成型；使树脂固化成型；使树脂固化成型；使树脂固化成型；不做中间基材，使纤维浸渍树脂后，直接进入成型阶段；不做中间基材，使纤维浸渍树脂后，直接进入成型阶段；不做中间基材，使纤维浸渍树脂后，直接进入成型阶段；不做中间基材，使纤维浸渍树脂后，直接进入成型阶段；复合材料的制造工艺复合材料的制造工艺381 1 1 1、热固性树脂预浸料的制备方法分成：干法（热熔预浸）、热固性树脂预浸料的制备方法分成：干法（热熔预浸）、热固性树脂预浸料的制备方法分成：干法（热熔预浸）、热固性树脂预浸料的制备方法分成：干法（热熔预浸）与湿法（溶液预浸）两种：与湿法（溶液预浸）两种：与湿法（溶液预浸）两种：与湿法（溶液预浸）两种：2 2 2 2、热塑性树脂预浸料的制备方法：干法、湿法、膜层叠、热塑性树脂预浸料的制备方法：干法、湿法、膜层叠、热塑性树脂预浸料的制备方法：干法、湿法、膜层叠、热塑性树脂预浸料的制备方法：干法、湿法、膜层叠、粉末浸渍（硫化床）、悬浮浸渍（造纸法）、纤维混编等；粉末浸渍（硫化床）、悬浮浸渍（造纸法）、纤维混编等；粉末浸渍（硫化床）、悬浮浸渍（造纸法）、纤维混编等；粉末浸渍（硫化床）、悬浮浸渍（造纸法）、纤维混编等；制取中间基材预浸料制取中间基材预浸料39SMCSMCSMCSMC（片状模塑料）、片状模塑料）、片状模塑料）、片状模塑料）、BMCBMCBMCBMC（团状模塑料）：由短切玻璃纤维、树脂、固团状模塑料）：由短切玻璃纤维、树脂、固团状模塑料）：由短切玻璃纤维、树脂、固团状模塑料）：由短切玻璃纤维、树脂、固化剂、催化剂、填料、内脱模剂、颜料、增稠剂、低收缩添加剂等组成：化剂、催化剂、填料、内脱模剂、颜料、增稠剂、低收缩添加剂等组成：化剂、催化剂、填料、内脱模剂、颜料、增稠剂、低收缩添加剂等组成：化剂、催化剂、填料、内脱模剂、颜料、增稠剂、低收缩添加剂等组成：制取中间基材预混料制取中间基材预混料40GMTGMT：Glass Glass mat reinforced mat reinforced thermoplasticthermoplastic优点：优点：优点：优点：生产过程无污生产过程无污生产过程无污生产过程无污染；染；染；染；成型周期短；成型周期短；成型周期短；成型周期短；废品可回收。废品可回收。废品可回收。废品可回收。41手糊成型（敞开）手糊成型（敞开）42喷射工艺（敞开）喷射工艺（敞开）43热压罐成型（袋压成型）热压罐成型（袋压成型）44缠绕成型缠绕成型 45缠缠绕绕成成型型 46拉挤成型拉挤成型47模压成型模压成型分为配料模压、分为配料模压、分为配料模压、分为配料模压、SMCSMC模压、以及模压、以及模压、以及模压、以及BMCBMC模压，工艺包模压，工艺包模压，工艺包模压，工艺包括在模具上涂脱模剂、括在模具上涂脱模剂、括在模具上涂脱模剂、括在模具上涂脱模剂、SMCSMC裁剪、装料、热压固化裁剪、装料、热压固化裁剪、装料、热压固化裁剪、装料、热压固化成型、脱模、修整等几个主要步骤。成型、脱模、修整等几个主要步骤。成型、脱模、修整等几个主要步骤。成型、脱模、修整等几个主要步骤。48模压成型模压成型49树脂转移模塑成型树脂转移模塑成型 生产效率高；生产效率高；生产效率高；生产效率高；可生产形状可生产形状可生产形状可生产形状复杂产品；复杂产品；复杂产品；复杂产品；对环境污染对环境污染对环境污染对环境污染少；少；少；少；50树脂转树脂转树脂转树脂转移模塑移模塑移模塑移模塑增强剂增强剂增强剂增强剂预成型预成型预成型预成型51纤维复合材料的应用纤维复合材料的应用一。在机械工业的应用：一。在机械工业的应用：一。在机械工业的应用：一。在机械工业的应用：n n主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及密封件；主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及密封件；主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及密封件；主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及密封件；n n优优优优势势势势在在在在于于于于耐耐耐耐腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、重重重重量量量量轻轻轻轻、价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜。如如如如酚酚酚酚醛醛醛醛玻玻玻玻璃璃璃璃钢钢钢钢阀阀阀阀门使用寿命长于不锈钢，而价格便宜的多。门使用寿命长于不锈钢，而价格便宜的多。门使用寿命长于不锈钢，而价格便宜的多。门使用寿命长于不锈钢，而价格便宜的多。二、在化学工业的应用二、在化学工业的应用二、在化学工业的应用二、在化学工业的应用n n化学工业存在的主要问题是腐蚀严重；化学工业存在的主要问题是腐蚀严重；化学工业存在的主要问题是腐蚀严重；化学工业存在的主要问题是腐蚀严重；n n玻璃钢主要用于各种槽、罐、釜、塔、管道等；玻璃钢主要用于各种槽、罐、釜、塔、管道等；玻璃钢主要用于各种槽、罐、釜、塔、管道等；玻璃钢主要用于各种槽、罐、釜、塔、管道等；价格低于不锈钢，但只能常压、低温下使用。价格低于不锈钢，但只能常压、低温下使用。价格低于不锈钢，但只能常压、低温下使用。价格低于不锈钢，但只能常压、低温下使用。52三三三三。在在在在汽汽汽汽车车车车工工工工业业业业及及及及交交交交通通通通运运运运输的应用：输的应用：输的应用：输的应用：l l减轻重量，节省燃油和减轻重量，节省燃油和减轻重量，节省燃油和减轻重量，节省燃油和排放排放排放排放;l l降低成本：多部件集成、降低成本：多部件集成、降低成本：多部件集成、降低成本：多部件集成、低工具成本低工具成本低工具成本低工具成本;l l抗腐蚀与冲击，抗压痕抗腐蚀与冲击，抗压痕抗腐蚀与冲击，抗压痕抗腐蚀与冲击，抗压痕与划痕与划痕与划痕与划痕;l l设计上的自由度大设计上的自由度大设计上的自由度大设计上的自由度大;l l特别适宜敞篷车和周期特别适宜敞篷车和周期特别适宜敞篷车和周期特别适宜敞篷车和周期性变化的造型，可设计性变化的造型，可设计性变化的造型，可设计性变化的造型，可设计成流线型。成流线型。成流线型。成流线型。l l是电动汽车的发展方向是电动汽车的发展方向是电动汽车的发展方向是电动汽车的发展方向53早期复合材料在汽车上的应用早期复合材料在汽车上的应用54复合材料已经应用于汽车领域的部分部件复合材料已经应用于汽车领域的部分部件复合材料已经应用于汽车领域的部分部件复合材料已经应用于汽车领域的部分部件55Aston Martin V12 Vanquish 的碳纤维车的碳纤维车架架56CadillacCadillac超级概念车与跑车具超级概念车与跑车具碳纤维车体碳纤维车体57超轻碳纤维车体节省重量超轻碳纤维车体节省重量6060！58设计成流线型和美学方面设计成流线型和美学方面更让人满意的形状更让人满意的形状59四、在航空、航天领域的应用四、在航空、航天领域的应用n n减减减减轻轻轻轻重重重重量量量量是是是是航航航航空空空空与与与与航航航航天技术的关键之一；天技术的关键之一；天技术的关键之一；天技术的关键之一；l l美国空军主力战斗机美国空军主力战斗机美国空军主力战斗机美国空军主力战斗机中所使用的复合材料中所使用的复合材料中所使用的复合材料中所使用的复合材料重量达到重量达到重量达到重量达到50505050左右；左右；左右；左右；l l喷气客机的重量每减喷气客机的重量每减喷气客机的重量每减喷气客机的重量每减轻轻轻轻450450450450克，使用期内可克，使用期内可克，使用期内可克，使用期内可节省节省节省节省1000100010001000美元；美元；美元；美元；60n n二次结构首先实用化二次结构首先实用化二次结构首先实用化二次结构首先实用化：辅助翼、整流罩、门板、内饰等；辅助翼、整流罩、门板、内饰等；辅助翼、整流罩、门板、内饰等；辅助翼、整流罩、门板、内饰等；l l一次结构逐渐扩大范围：主翼、尾翼、机身等。一次结构逐渐扩大范围：主翼、尾翼、机身等。一次结构逐渐扩大范围：主翼、尾翼、机身等。一次结构逐渐扩大范围：主翼、尾翼、机身等。61n n力学设计：蜂窝表皮结构和支肋结构力学设计：蜂窝表皮结构和支肋结构力学设计：蜂窝表皮结构和支肋结构力学设计：蜂窝表皮结构和支肋结构62n n机械加工与连接机械加工与连接机械加工与连接机械加工与连接63连接方法与强度连接方法与强度646566多维编织的立体组织多维编织的立体组织67n n航航航航天天天天领领领领域域域域尤尤尤尤其其其其需需需需要要要要比比比比强强强强度度度度和和和和比比比比模模模模量量量量高高高高、耐耐耐耐摩摩摩摩擦和耐高温的材料；擦和耐高温的材料；擦和耐高温的材料；擦和耐高温的材料；l l太空的气候条件变化大，要求材料能够承受太空的气候条件变化大，要求材料能够承受太空的气候条件变化大，要求材料能够承受太空的气候条件变化大，要求材料能够承受极端条件，如极端条件，如极端条件，如极端条件，如C/CC/CC/CC/C耐烧蚀复合材料。耐烧蚀复合材料。耐烧蚀复合材料。耐烧蚀复合材料。6869图图 6-2 碳碳/碳复合材料制造的刹车零件碳复合材料制造的刹车零件 70n n同步通讯卫星的太阳能电池框架、反射天线；同步通讯卫星的太阳能电池框架、反射天线；同步通讯卫星的太阳能电池框架、反射天线；同步通讯卫星的太阳能电池框架、反射天线；n n航天飞机的鼻锥、机翼和尾翼的前缘；航天飞机的鼻锥、机翼和尾翼的前缘；航天飞机的鼻锥、机翼和尾翼的前缘；航天飞机的鼻锥、机翼和尾翼的前缘；n n固体火箭发动机的喷管等；固体火箭发动机的喷管等；固体火箭发动机的喷管等；固体火箭发动机的喷管等；71五、在建筑领域的应用五、在建筑领域的应用n n例如：例如：例如：例如：l l玻璃纤维增强水泥复合材料制做的建筑物外墙；玻璃纤维增强水泥复合材料制做的建筑物外墙；玻璃纤维增强水泥复合材料制做的建筑物外墙；玻璃纤维增强水泥复合材料制做的建筑物外墙；l l碳纤维增强聚合物复合材料用于修补加固钢筋混凝碳纤维增强聚合物复合材料用于修补加固钢筋混凝碳纤维增强聚合物复合材料用于修补加固钢筋混凝碳纤维增强聚合物复合材料用于修补加固钢筋混凝土桥板、桥墩。土桥板、桥墩。土桥板、桥墩。土桥板、桥墩。环氧环氧环氧环氧树脂树脂树脂树脂碳纤碳纤碳纤碳纤维布维布维布维布72HEX-3R国外补强工程案例国外补强工程案例-美国华盛顿威力美特桥美国华盛顿威力美特桥美国华盛顿威力美特桥美国华盛顿威力美特桥 -美国加利福尼亚州立大学美国加利福尼亚州立大学美国加利福尼亚州立大学美国加利福尼亚州立大学73一种复合材料滑动内衬一种复合材料滑动内衬一种复合材料滑动内衬一种复合材料滑动内衬管修复一个主要的地下管修复一个主要的地下管修复一个主要的地下管修复一个主要的地下管道，以离心灌注生产管道，以离心灌注生产管道，以离心灌注生产管道，以离心灌注生产的玻璃纤维增强聚酯滑的玻璃纤维增强聚酯滑的玻璃纤维增强聚酯滑的玻璃纤维增强聚酯滑动内衬管道动内衬管道动内衬管道动内衬管道荷兰首都阿姆斯特丹，片状荷兰首都阿姆斯特丹，片状荷兰首都阿姆斯特丹，片状荷兰首都阿姆斯特丹，片状模塑料覆层系统已经用来做模塑料覆层系统已经用来做模塑料覆层系统已经用来做模塑料覆层系统已经用来做一个新饭店的前檐。一个新饭店的前檐。一个新饭店的前檐。一个新饭店的前檐。74世界上最大的风力发动机叶片？世界上最大的风力发动机叶片？世界上最大的风力发动机叶片？世界上最大的风力发动机叶片？拉挤结构用于输电和照明已有十几年的历拉挤结构用于输电和照明已有十几年的历拉挤结构用于输电和照明已有十几年的历拉挤结构用于输电和照明已有十几年的历史了，他们的高抗腐蚀与抗老化性，介电史了，他们的高抗腐蚀与抗老化性，介电史了，他们的高抗腐蚀与抗老化性，介电史了，他们的高抗腐蚀与抗老化性，介电性质和高强度性质和高强度性质和高强度性质和高强度/重量比使其成为木材，钢重量比使其成为木材，钢重量比使其成为木材，钢重量比使其成为木材，钢铁和混凝土柱子的理想替代品。铁和混凝土柱子的理想替代品。铁和混凝土柱子的理想替代品。铁和混凝土柱子的理想替代品。75六、在其它领域的应用六、在其它领域的应用 在船舶业，玻璃钢船体耐海水腐在船舶业，玻璃钢船体耐海水腐在船舶业，玻璃钢船体耐海水腐在船舶业，玻璃钢船体耐海水腐蚀、抗海生物吸附；蚀、抗海生物吸附；蚀、抗海生物吸附；蚀、抗海生物吸附；在生物医学方面，在生物医学方面，在生物医学方面，在生物医学方面，C/CC/C复合材料复合材料复合材料复合材料具有良好的生物相容性，用作外科具有良好的生物相容性，用作外科具有良好的生物相容性，用作外科具有良好的生物相容性，用作外科植入物、牙科植入体、人工关节等；植入物、牙科植入体、人工关节等；植入物、牙科植入体、人工关节等；植入物、牙科植入体、人工关节等；体育器材，如网球拍、钓鱼杆、体育器材，如网球拍、钓鱼杆、体育器材，如网球拍、钓鱼杆、体育器材，如网球拍、钓鱼杆、高尔夫球棒、滑雪板等；高尔夫球棒、滑雪板等；高尔夫球棒、滑雪板等；高尔夫球棒、滑雪板等；家用电器外壳，开关和绝缘闸合、家用电器外壳，开关和绝缘闸合、家用电器外壳，开关和绝缘闸合、家用电器外壳，开关和绝缘闸合、微波炉餐具等；微波炉餐具等；微波炉餐具等；微波炉餐具等；澡盆、桑那房等卫浴产品澡盆、桑那房等卫浴产品澡盆、桑那房等卫浴产品澡盆、桑那房等卫浴产品7677第三章第三章 混合复合材料水泥与聚合物混合体混合复合材料水泥与聚合物混合体压缩强度压缩强度压缩强度压缩强度30 30 MPaMPa弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度5 5 MPaMPa拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度3 3 MPaMPa标准混凝土的强度标准混凝土的强度标准混凝土的强度标准混凝土的强度拉伸强度很低！拉伸强度很低！拉伸强度很低！拉伸强度很低！78钢筋混凝土和预应力混凝土钢筋混凝土和预应力混凝土 针对混凝土拉伸和弯曲强度差的问题，通常采用钢筋混针对混凝土拉伸和弯曲强度差的问题，通常采用钢筋混针对混凝土拉伸和弯曲强度差的问题，通常采用钢筋混针对混凝土拉伸和弯曲强度差的问题，通常采用钢筋混凝土和预应力混凝土的施工方案。凝土和预应力混凝土的施工方案。凝土和预应力混凝土的施工方案。凝土和预应力混凝土的施工方案。79纤维补强水泥纤维补强水泥 石棉与水泥的混合很早就使用了；石棉与水泥的混合很早就使用了；石棉与水泥的混合很早就使用了；石棉与水泥的混合很早就使用了；短纤维与水泥混合，应用于建筑物的表面混合法、喷射法；短纤维与水泥混合，应用于建筑物的表面混合法、喷射法；短纤维与水泥混合，应用于建筑物的表面混合法、喷射法；短纤维与水泥混合，应用于建筑物的表面混合法、喷射法；碳纤维补强水泥（碳纤维补强水泥（碳纤维补强水泥（碳纤维补强水泥（CFRCCFRC）作为建筑的外装材料已经使用化。作为建筑的外装材料已经使用化。作为建筑的外装材料已经使用化。作为建筑的外装材料已经使用化。c c=f f 1-(l1-(lc c/2l)V/2l)Vf f+mm*(1-V1-Vf f)fufu(d d2 2/4)=/4)=dl dlc c/2/280纤维加入水泥后，使其纤维加入水泥后，使其纤维加入水泥后，使其纤维加入水泥后，使其由脆性变成韧性由脆性变成韧性由脆性变成韧性由脆性变成韧性81聚合物混合体聚合物混合体聚合物混合体的制作目的：聚合物混合体的制作目的：聚合物混合体的制作目的：聚合物混合体的制作目的：（1 1）改善物性，力求功能化、高性能化，以提高耐久性；）改善物性，力求功能化、高性能化，以提高耐久性；）改善物性，力求功能化、高性能化，以提高耐久性；）改善物性，力求功能化、高性能化，以提高耐久性；（2 2）改善加工性，通过提高流动性、尺寸稳定性、分散性等改善加工性，通过提高流动性、尺寸稳定性、分散性等，）改善加工性，通过提高流动性、尺寸稳定性、分散性等，）改善加工性，通过提高流动性、尺寸稳定性、分散性等，来提高加工性；来提高加工性；来提高加工性；来提高加工性；（3 3）改善经济性，通过利用廉价的聚合物及填料和）改善经济性，通过利用廉价的聚合物及填料和）改善经济性，通过利用廉价的聚合物及填料和）改善经济性，通过利用廉价的聚合物及填料和（1 1）（）（）（）（2 2）来增加经济性。）来增加经济性。）来增加经济性。）来增加经济性。聚合物混合体的调制方法：聚合物混合体的调制方法：利用化学反应的混合：接枝共聚合、嵌段共聚合、利用化学反应的混合：接枝共聚合、嵌段共聚合、IPNIPN、反应挤压等反应挤压等物理混合：溶液混合、熔融混合、乳液混合等物理混合：溶液混合、熔融混合、乳液混合等82混合聚合物混合聚合物的结构的结构83混合聚合物性能改善的原理混合聚合物性能改善的原理84共混原理共混原理共混原理共混原理的成功应的成功应的成功应的成功应用：工程用：工程用：工程用：工程塑料塑料塑料塑料ABSABSABSABS树脂树脂树脂树脂的制造工的制造工的制造工的制造工艺艺艺艺85聚合物混合体结构的大小聚合物混合体结构的大小86第四章、叠层复合技术功能第四章、叠层复合技术功能性复合材料性复合材料87叠层技术叠层技术（1 1）在一种素材薄膜上涂覆另一种素材的溶液之后，干燥；）在一种素材薄膜上涂覆另一种素材的溶液之后，干燥；）在一种素材薄膜上涂覆另一种素材的溶液之后，干燥；）在一种素材薄膜上涂覆另一种素材的溶液之后，干燥；（2 2）粘结两片薄膜；）粘结两片薄膜；）粘结两片薄膜；）粘结两片薄膜；（3 3）在一种素材薄膜之上蒸镀另一种素材。）在一种素材薄膜之上蒸镀另一种素材。）在一种素材薄膜之上蒸镀另一种素材。）在一种素材薄膜之上蒸镀另一种素材。88叠层技术叠层技术-涂覆与粘结涂覆与粘结89熔融挤压熔融挤压叠层法叠层法90表面处理与镀膜表面处理与镀膜电阻加热、高电阻加热、高电阻加热、高电阻加热、高频介质加热、频介质加热、频介质加热、频介质加热、电子束加