第二章-复合材料的基体材料
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复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料,其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料(通常是纤维或颗粒)的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料:金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料:高分子基体材料主要是指树脂类材料,如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料:陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料:碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料:纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能,如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之,基体材料是复合材料中重要的组成部分,其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展,不断有新型的基体材料涌现,为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
复合材料
第二章复合材料的复合原理及界面
1、弥散增强和颗粒增强的原理
1)弥散增强:复合材料是由弥散颗粒与基体复合而成,荷载主要由基体承担,弥散微粒阻碍基体的位错运动,微粒阻碍基体位错运动能力越大,增强效果愈大,微粒尺寸越小,体积分数越高,强化效果越好。
2)颗粒增强:复合材料是由尺寸较大(直径大于1 m)颗粒与基体复合而成,载荷主要由基体承担,但增强颗粒也承受载荷并约束基体的变形,颗粒阻止基体位错运动的能力越大,增强效果越好;颗粒尺寸越小,体积分数越高,颗粒对复合材料的增强效果越好。
2、什么是混合法则,其反映什么规律
混合法则(复合材料力学性能同组分之间的关系):σc=σf V f+σm V m,E c=E f V f+E m V m式中σ为应力,E为弹性模量,V 为体积百分比,c、m和f 分别代表复合材料、基体和纤维;反映的规律:纤维基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数。
3、金属基复合材料界面及改性方法有哪些
金属基复合材料界面结合方式:
①化学结合
②物理结合
③扩散结合
④机械结合。
界面改性方法:
①纤维表面改性及涂层处理;
②金属基体合金化;
③优化制备工艺方法和参数。
4、界面反应对金属基复合材料有什么影响
界面反应和反应程度(弱界面反应、中等程度界面反应、强界面反应)决定了界面的结构和性能,其主要行为有:
①增强了金属基体与增强体界面的结合强度;
②产生脆性的界面反应产物;
③造成增强体损伤和改变基体成分。
第二章聚合物基复合材料的基体1.聚合物基体的作用复合材料=基体+增强剂(填充剂)复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。
在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理、化学变化过程,与增强纤维复合成具有一定形状的整体,因而整体性能直接影响复合材料性能。
基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定,在纤维间传递载荷,并使载荷均衡;②基体决定复合材料的一些性能。
耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等;③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。
④基体保护纤维免受各种损伤。
此外,基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响,如纵向拉伸、尤其是压缩性能,疲劳性能,断裂韧性等。
2.聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法,如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工成型而无任何化学变化。
热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等,它们在制成最终产品前,通常为分子量较小的液态或固态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不熔的三维网状高分子,这类基体通常是无定形的。
聚合物基体按树脂特性及用途分为:一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分为:手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。
它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。
3.聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则:(1)能够满足产品的使用需要;如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。
高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。
(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力;(3)容易操作,如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。