复合材料的成型.pdfVIP

第三章 复合材料的成型 3.1 复合材料概论 复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺组合而成的，具有单一 材料无法比拟的优异综合性能，已成为一种新型的工程材料。复合材料可以根据使用条 件要求进行 计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。 目前各种复合材料处于不同的发展阶段，如非常成熟的玻璃钢和树脂基复合材料已 得到广泛的应用；正处于开发阶段的金属基复合材料在某些结构件的 键部位得到一定 程度的应用；而陶瓷基复合材料及功能复合材料等尚处于研究阶段，有不少科学技术问 [39,40] 题有待解决。因此，复合材料的研究与开发目前仍是一个十分开阔的领域 。 3.1.1 复合材料的定义 根据 《材料科学技术百科全书》的定义：复合材料是由有机高分子、无机非金属或 金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的重要特 色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料 计使各组分的性能互 相补充并彼此 联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。 根据 《材料大词典》的定义：复合材料是根据应用进行 计，把两种以上的有机 聚合物材料或无机非金属材料或金属材料组合在一起，使其性能互补，从而制成的一类 新型材料。复合材料的特点之一是不仅保持原组分的部分优点，而且产生原组分所不具 备的新性能；特点之二是它的可 计性，通过对原材料的选择、各组分分布的 计和工 艺条件的保证等，使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出 现新的性能，最大限度地发挥优势。 综上所述，复合材料应具备以下三个特点： 1）复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的 一种新型材料，组元之间存在着明显的界面； 2 ）复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组 元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能； 3 ）复合材料具有可 计性。 复合材料的结构通常是一个相为连续相，成为基体；而另外一相是以独立的形态分 布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，故常称为增强材料 （增强体、增 强剂、增强相等）。多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。分散相可以 是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体和增强体之间存在着界面。 3.1.2 复合材料的分类 目前，对材料的分类普遍认为可分成金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料 110 和复合材料[41-44] 。其中复合材料是以前三种材料为组分经人工复合而成的，组合后形成 如表3.1 所示的复合材料体系。 表3.1 复合材料系统组合 连 续 相 分 散 相 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 金属纤维（丝） 纤维金属基复合材料 钢丝/水泥复合材料 增强橡胶 金 属 料 金属晶须 晶须/金属基复合材料 晶须/陶瓷基复合材料 金属片材 金属/塑料板 纤维 纤维/金属基复合材料 纤维/陶瓷基复合材料 陶 无 晶须 晶须/金属基复合材料 晶须/陶瓷基复合材料 瓷 机 颗粒 弥散强化合金材料 粒子填充塑料 非 金 纤维 纤维/树脂基复合材料 玻 璃 属 粒子 料 纤维 碳纤维/金属基复合材料