第二章 复合材料的组成
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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。
第一章总论一.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。
★二.复合材料的命名和分类★1.按增强材料形态分类(1)连续纤维复合材料:作为分散相的纤维,每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处;(2)短纤维复合材料:短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料;(3)粒状填料复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料;(4)编织复合材料:以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。
2. 按增强纤维种类分类(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、高强度聚烯烃纤维等)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。
如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料3.按基体材料分类(1)聚合物基复合材料:以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料;(2)金属基复合材料:以金属为基体制成的复合材料,如铝基复合材料、钛基复合材料等;(3)无机非金属基复合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。
4.按材料作用分类(1)结构复合材料:用于制造受力构件的复合材料;(2)功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。
三.复合材料是由多相材料复合而成,其共同的特点是:★(1)可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如,针对方向性材料强度的设计,针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。
四.影响复合材料性能的因素很多,主要取决于①增强材料的性能、含量及分布状况,②基体材料的性能、含量,以及③增强材料和基体材料之间的界面结合情况,作为产品还与④成型工艺和结构设计有关。
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。
复合材料的组成与结构(composition and structure of composites)复合材料定义及分类(definition and classification of composites)1. 定义(1)种类不同,性质差异很大的几种材料及其界面相(层)所组成(组成上)(2)多相固体材料(结构)(3)经设计复合而成(制备上)(4)通过复合效应获得原组份材料所不具备的性能,或产生性能协同作用,与简单混合有本质的区别(性能上)简言之:复合材料由连续基体相(matrix phase)和分散增强相(disperse phase)及界面相(interface phase)所构成2. 分类:(1)按来源:天然、人工复合材料等(2)按基体:树脂基、金属基、无机非金属基复合材料等(3)按增强体形态:颗粒增强(particle-reinforced)短纤或晶须增强(chopped fiber or whiskers reinforced)连续长纤增强(continuous fiber-reinforced)多维编织布增强(braided fabric or filament winding-reinforced)三维编织体增强等(4)按应用:结构、功能、智能复合材料等(5)按增强材料品种:玻纤、碳纤、有机纤维复合材料等(6)按特定含义:通用、先进、现代、近代、混杂、纳米、原位、分子、宏观复合材料等复合材料的组成与特性1.概述聚合物基复合材料(polyme-matrix composites,PMC)金属基复合材料(metal-matrix composites,MMC)陶瓷基复合材料(碳/碳复合材料(carbon-carbon composites,CMC)无机胶凝基复合材料(fiber reinforced concrete,FRC)共同构成现代复合材料(体系)(1)组成(composition)①基体(matrix)②增强材料(reinforcement)(都是一个庞大的材料体系、品种繁多,结构与性能呈多样化,复合体系的系统组合、排列给复合材料的巨大的发展空间,原则上,基体与增强体结构与性能差异越大,愈具复合价值,但更为重要的是基体与增强体之间的匹配。
复合材料包括什么
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料,具有优良的综合性能,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。
复合材料的组成包括增强材料和基体材料两部分,它们的协同作用使得复合材料具有独特的性能优势。
首先,复合材料的增强材料通常是纤维材料,如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
这些纤维材料具有高强度、高模量、低密度等特点,能够有效增强复合材料的力学性能。
其次,基体材料通常是树脂、金属、陶瓷等,用于固定和保护增强材料,使其能够发挥最大的作用。
通过增强材料和基体材料的相互作用,复合材料具有优异的抗拉强度、抗压强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
除了增强材料和基体材料,复合材料还包括界面层。
界面层是增强材料和基体
材料之间的过渡层,能够有效地传递载荷和保护增强材料不受外界环境的影响。
良好的界面层能够提高复合材料的耐久性和稳定性,延长其使用寿命。
此外,复合材料还包括填料和添加剂。
填料通常是用于改善复合材料性能的微
细颗粒材料,如碳黑、硅粉等。
添加剂则是用于改善复合材料加工性能和使用性能的化学品,如固化剂、助剂等。
填料和添加剂的选择和使用能够对复合材料的性能进行调控,使其更加符合特定的工程需求。
综上所述,复合材料包括增强材料、基体材料、界面层、填料和添加剂等多个
组成部分。
这些组成部分之间相互作用,共同发挥作用,使复合材料具有出色的综合性能。
在未来的发展中,随着新材料、新工艺的不断涌现,复合材料将会得到更广泛的应用,为各行各业带来更多的创新和突破。