第一章聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展-2.ppt
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1、复合材料,2,课程简介,一、课程性质与地位 单一聚合物材料往往难以满足社会对聚合物材料愈来愈高的要求,多相复合材料成为当前材料研究的重要对象。聚合物基复合材料是目前研究最为深入、工艺最为成熟、品种最为齐全、应用最为广泛的一类复合材料。它已经成为航空、航天、兵器等领域的骨干材料之一,其在化工、船舶、桥梁、体育用品、建筑等领域已经获得广泛的应用。,3,二、课程教学目标 本课程是材料科学与工程专业扩大知识面的一门专业必修课,它为以后从事复合材料生产、研发等工作奠定了一定的基础。本课程的主要任务是让学生能够对聚合物基复合材料的基本概念、组分材料、界面特征及复合材料的成型工艺有所了解和掌握。能够对聚合物
2、复合材料的基本知识及其在国民经济中的用途有全面的了解,同时具有初步的复合材料设计能力,为学生今后在复合材料领域的深造和专门研究奠定较坚实的基础。,课程简介,4,课程简介,教材: 王汝敏等编,聚合物基复合材料(第二版),科学出版社, 2011年 教学参考书: 黄丽等编,聚合物复合材料,中国轻工业出版社 吴人洁等编,复合材料,天津大学出版社 沃丁柱等编,复合材料大全,化学工业出版社 陈祥宝等编,高性能树脂基体,化学工业出版社 课程教学形式: 以课堂讲授为主,作业: 习题和查阅资料。 考试课程,考试形式是闭卷,考试成绩按平时成绩(30%)和卷面成绩 (70%)综合计算。,5,第一章 聚合物基复合材料
3、的概念、特性、应用与进展,1.1 前言:,一、材料的发展与人类社会的进步 材料是人类社会进步的物质基础和先导,是人类进步的里程碑。 当前材料、能源、信息和生物技术是现代科技的四大支柱,它会将人类物质文明推向新的阶段。 20世纪出现的高性能塑料和复合材料,以历史上少有的发展速度渗透到国民经济和人们生活的各个领域,成为传统材料的替代品,并显示出奇特的优异性能。 二十一世纪将是一个新材料时代。,6,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,二、 复合材料的提出 现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展;同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。 很明显,传统的单一材料无法满足以上综合要求,当前
4、作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展,但是以上这些材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。 复合材料,特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求而开发的高性能的先进材料。复合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。,1.1 前言:,7,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,三、复合材料的发展历史和意义 1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑,发挥着极为重要的作用; 20世纪40年代,美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替木材,发展成
5、为玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)这种广泛应用的比较现代化复合材料。,1.1 前言:,8,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,2、复合材料的意义 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如:火箭壳体材料对射程的影响:,1.1 前言:,9,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,碳/碳复合材料 以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体,以碳为基体的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法: 一是浸渍法,即用增强体浸渍熔融的石油或沥青,再经碳化和石墨处理,它的基体是石墨碳,呈层状条带结构,性能是各向异性的。还有用增强体浸渍糠醇(呋喃甲醇)或酚醛等热固性树脂,只经碳化处理,它的基体是
6、玻璃碳,即无定型碳结构,性能是各向同性的; 另一是CVD法,即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体上来进行复合,这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。碳/碳复合材料不耐氧化,所以有时需要加抗氧化涂层。,10,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,印刷电路板(玻璃钢),轮胎(纤维增强橡胶) 雷达罩(玻璃纤维增强树脂) 火箭外壳(碳纤维/树脂)(碳/碳复合材料) 人造卫星天线(碳纤维/镁合金) 航天飞机框架(硼纤维/铝合金) 网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆、雪橇 休闲 汽车活塞、连杆、自行车飞轮等 民用工业,3、复合材料举例,面广,尖端,1.1 前言:,11,第一章 聚合物基复合材料
7、的概念、特性、应用与进展,人类第一架全 复合材料飞机,1.1 前言:,12,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,复合材料制品,羽毛球拍 高尔夫球杆,机器零件,1.1 前言:,13,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,1.2 复合材料简介,composite material:定义 由两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料(通常是增强材料和基体材料)通过复合工艺组合而成的一种多相材料,它既保持了原组分材料的主要特点,又显示了原组分材料所没有的新性能。,14,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,特征: (1)微观上是非均相材料,组分材料间有明显的界面;
8、 (2)组分材料性能差异很大; (3)组成复合材料后性能有较大的改进; (4)组分材料的体积分数应大于10%。 三种基本的物理相: (1)基体相:连续的 (2)增强相:分散的、被基体所包容 (3)界面相:增强相与基体相之间的交界面,1.2 复合材料简介,15,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,1.3 复合材料的命名及分类,按基体材料类型命名: 金属基复合材料、无机非金属基复合材料、聚合物基复合材料 以增强纤维的类型来命名: 玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、混杂复合材料 例: 玻璃/环氧复合材料:玻璃纤维环氧树脂复合材料 (环氧玻璃钢) 碳/金属复合材料:碳纤维和金属基体构成的
9、复合材料 碳/碳复合材料(C/C复合材料):碳纤维和碳基体构成的复合材料,16,第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展,1.3 复合材料的命名及分类,分散相形态 (1)连续纤维增强 (2)纤维织物增强 (3)片状材料增强 (4)短纤维增强 (5)颗粒增强 (6)纳米增强,基体材料类型 (1)金属基 (2)无机非金属基 陶瓷基 碳基 (3)聚合物基 热固性树脂基 热塑性树脂基,增强纤维的类型 (1)碳纤维 (2)玻璃纤维 (3)有机纤维 (4)硼纤维 (5)碳化硅 (5)混杂纤维,1,3,2,17,以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称为玻璃纤维增强塑料,或称为玻璃钢。(国际公认的
10、缩写符号为GFRP),由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。,玻璃钢是一种品种繁多,性能各别用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺,制作而成的一种功能型的新型材料。,玻 璃 钢 简 介,18,玻璃钢 用玻璃纤维作筋骨 用合成树脂(酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂)作肌肉,钢筋混凝土 用钢材作筋骨 (钢材耐拉) 水泥砂石作肌肉(水泥块耐压),玻 璃 钢 简 介,19,目前生产的玻璃钢主要指热固性而言。,热塑性,热固性,树脂,塑料,热塑性,热固性,如果用玻璃纤维去增强热塑性塑料,可称为热塑性玻璃钢,如果用玻璃纤维去增强热固性塑料,就叫做热固性玻璃钢,返
11、回,玻 璃 钢 简 介,20,(1)轻质高强,相对密度在1.52.0之间,只有碳钢的1/41/5,可是拉伸强度却接近,而比强度可以与高级合金钢相比。,玻 璃 钢 简 介,21,(2)耐腐蚀性能好,FRP是良好的耐腐材料,对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力,(3)电性能好,是优良的绝缘材料,用来制造绝缘体。已广泛用于雷达天线罩。,(4)热性能良好,FRP热导率低,只有金属的1/1001/1000,是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料,能保护宇宙飞行器在2000以上承受高速气流的冲刷。,玻 璃 钢 简 介,22,1.玻璃钢材料是一种具有
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