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第七章 复合材料 一、复合材料的概念 ISO——由两种或两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来的而得到的一种多相材料。 复合材料一般有两个基本相，一个是连续相，称为基体；另一个是分散相，称为增强材料。 复合材料的基体材料分金属和非金属两大类。金属基体如铝、镁、铜、钛及其合金，等；非金属基体如碳、石墨、陶瓷、橡胶、合成树脂，等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝、硬质细粒，等。 二、复合材料的类型 复合材料的类型通常可按下列几种方法来划分。 按组分：金属＋金属，金属＋非金属，非 金属＋非金属。 按结构：纤维复合材料，夹层复合材料，细粒复合材料，混杂复合材料，等。 按基体材料：树脂基复合材料，金属基复合材料，无机非金属基复合材料，等。 按增强纤维材料：玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料，等。 按分散相的形态：连续纤维增强复合材料，纤维织物增强复合材料，片状材料增强复合材料，短纤维或晶须增强复合材料，颗粒增强复合材料，纳米复合材料，等。 三、复合材料的性能 复合材料通常具有很多突出的，有些甚至是普通材料不可比拟的优异性能，归纳起来主要体现在以下一些方面。 （一）质轻，比强度和比模量大 复合材料多数具有质轻而比强度和比模量大的特性。如玻璃纤维复合材料，其密度小于铝，比强度是高强度合金钢的4倍；碳纤维复合材料的比强度和比模量，是高强度钢和钛合金的5－6倍。 （二）耐腐蚀性好 复合材料一般都能耐酸碱腐蚀。如玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的管道、阀门、容器和搅拌器，以及污水处理的设备，等。 （三）热稳定性高 复合材料的耐热性能极高，如碳纤维复合材料在超过2000℃的高温下，其强度和弹性模量可保持不变，也不发生变形和蠕变。 （四）减摩耐磨和自润滑性优良 高分子材料通常磨擦系数低，自润滑性能好，用之复合而成的材料具有良好的减摩耐磨性能。如碳化硅纤维与钛复合，耐磨损性显著提高，可用作发动机的风扇叶片。 （五）抗疲劳性好 （六）减振性能好 （七）电绝缘性高 复合材料也存在一些缺点，如抗冲击性较低，断裂伸长较小，成本较高等。 第二节 聚合物基复合材料的成型工艺 一、手糊成型 手糊成型是用于热固性树脂复合材料的最简单的成型方法。即用手工操作将玻璃纤维织物和树脂交替地铺在覆有脱模剂的模具上，用压辊滚压压实后在常温下固化成型。 （二）喷射成型 喷射成型是将切断的玻璃纤维由喷枪喷出，使其与另一喷枪喷出的树脂在空间混合后沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用手辊压实，除去气泡并使纤维浸透树脂，最后固化形成制品。 此法优点是效率较高，产品尺寸形状不受限制，制品无接缝而具有较好整体性。可自由调节产品壁厚、纤维长度及纤维和树脂的比例，满足不同部件或制品的机械强度要求。 （三）缠绕成型 缠绕成型是将浸有树脂的单丝、线或带状增强材料按一定的式样缠绕在芯模上，在室温或较高温度下固化成型。 （四）树脂传递模塑成型 树脂传递模塑成型是先将增强材料置于查模具中形成一定的形状，再将树脂注射进入模具，经固化后形成产品。 （五）模压成型 模压成型是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模，经加压和加热固化后即可。 （六）拉挤成型 拉挤成型是将浸渍了树脂的连续纤维束、带或布，通过成型模具，在模腔内加热固化成型，然后在牵引机的拉力作用下连续拨出型材制品，如棒、管、槽形型材等。 第三节 复合材料的设计应用 一、复合材料的典型品种 （一）聚合物基复合材料 1、玻璃纤维增强塑料（GFRP） 俗称玻璃钢。是一类采用玻璃纤维为增强材料，以酚醛树脂（PF）、环氧树脂（EP）、聚酯树脂（UP）等热固性树脂以及聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）等热塑性树脂为基体的聚合物