第2章 复合材料的增强体汇总

第二章复合材料增强体(Reinforcement)重点：1、增强体种类2、各种纤维的制造工艺、性能特点掌握：各种纤维的制造工艺、性能特点熟悉：增强体种类第二章复合材料增强体(Reinforcement)纤维及其织物、晶须、颗粒一、复合材料增强剂的特点（图7–1）1、具有很低的比重；2、组成这些化合物的元素都处在元素周期表中的第二、第三周期；3、它们大多数都是以结合力很强的共价键结合；4、具有很高的比强度、比刚度和高温稳定性。

二、纤维1、无机纤维1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）1 玻璃纤维的制造生产玻璃纤维的过程是将硅砂、石英石、硼酸和其它成分（粘土，氟石等）干混后，经高温炉熔融，熔化后的玻璃液直接通过漏板形成了玻璃纤维。

2 玻璃纤维的品种A玻璃：高碱玻璃（钠玻璃），最常用，化学性能稳定；C玻璃：硼硅酸钠玻璃，抗化学作用；D玻璃：低介电性玻璃，用于雷达工业；E玻璃：无碱玻璃，电绝缘性能好；S玻璃：高强度玻璃纤维；R玻璃：粗纤维；M玻璃：高模量玻璃。

1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）玻璃纤维是由各种金属氧化物的硅酸盐经熔融后以快的速度抽丝而成。

质地柔软，可纺织成各种玻璃布、带等。

伸长率和热膨胀系数小，耐腐蚀，耐高温性能较好，价格便宜，品种多。

缺点是不耐磨、易折断，易受机械损伤。

1-２、碳纤维l碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的l纤维状聚合物碳。

含碳量95%左右的称为碳纤维；l含碳量99%左右的称为石墨纤维。

碳纤维比重小，l比强度、比模量大见下表，耐热性和耐腐蚀性l好，成本低，批生产量大，是一类极为重要的高l性能增强剂。

粘胶(rayon)系粘胶是一种热固性聚合物，将粘胶原丝转变成碳纤维的生产工艺过程与PAN系碳纤维的过程类似，同样分为预氧化、碳化和石黑化三个阶段，其制备的碳纤维力学性能较差而耐烧性和隔热性能好。

目前用量较少，美国等国有少量生产。

3 性能特点1 典型性能δ=0.5~2.5%2、线膨胀系数小，且各向异性。

《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。

复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。

了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。

以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。

以下是我对一些知识点的总结。

第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由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；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。

二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。

第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。

二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。

2高性能复合材料的增强体2．1 概述复合材料中的增强体，按几何形状划分，有颗粒状（简称零维）、纤维状（简称一维）、薄片状（简称二维）和由纤维编织的三维立体结构。

按属性划分，有无机增强体和有机增强体，其中有合成材料也有天然材料，复合材料最主要的增强体是纤维状的。

纤维状增强材料有如下特点：①与同质地的块状材料相比，它的强度要高得多，例如E-玻璃与E-玻璃纤维相比，前者强度为40~100MPa ，后者，当直径约为10μm 时强度可达1000MPa ，当直径为5μm 以下时强度可达2400MPa ，即纤维状比块状材料强度提高10~60倍。

这是因为影响材料强度的控制因素是材料中存在的缺陷形状、位置、取向和缺陷的数目。

由于纤维状材料的直径小，不仅存在缺陷的概率小，而且由于缺陷主要沿纤维轴向取向，对纤维的轴向性能所造成的影响也小。

图2-1表明，纤维状材料比块状材料的平均强度和离散系数都较高，并且纤维直径愈小时，它的强度愈高（图2-2）。

图2-1纤维状材料和块状材料的 图2-2 碳纤维的直径与强度的关系平均强度和离散系数②纤维状材料具有较高的柔曲性。

由材料力学梁的受力变形规律知，作用于圆柱上的力矩M （见图2-3）及此圆柱段因力矩M 所产生挠曲的曲率半径ρ，与圆柱的材料性质及断面尺寸有下列关系：1/（M ρ）=64/（E πd 4） (2-1) 式中，E 为材料的杨氏模量；d 为圆柱的直径。

我们以1/（M ρ）表示材料的柔曲性，由式（2-1）可知，它与1/ d 4成正比，即纤维直径愈小时，它的柔曲性愈好。

这种柔曲性使得纤维可以适应复合材料的各式各样的工艺。

可以编织使用，并易于实现纤维在复合材料中不同部位设计的排布要求。

由式（2-1）还可发现，纤维的柔曲性同它的材料的杨氏模量成反比。

图2-4表明，为了要达到直径25μm 的尼龙纤维相同的柔曲性，材料纤维的直径与杨氏模量的关系。

由图2-4可知，金属和陶瓷都有可能达到与尼龙相同的柔曲性，但是它们的直径必须小到符合图2-4的关系。