《新型复合材料》课件.pptVIP

新型复合材料探索突破性材料科学领域

目录复合材料基础定义、历史、组成与分类主要类型与性能纤维、颗粒与层状复合材料特性制造工艺与应用

第一部分：复合材料基础基本概念复合材料的定义与特征发展历程从古至今的演变过程分类体系多维度分类方法

复合材料的定义混合材料体系两种或两种以上不同材料通过物理或化学方法结合形成具有新性能的材料系统基本组成部分基体：提供支撑和保护增强体：提供特定性能改善界面：连接基体与增强体

复合材料的历史1远古时期泥砖加稻草增强2工业革命酚醛树脂加木粉320世纪中期玻璃纤维增强塑料4现代碳纤维和纳米复合材料

复合材料的基本组成基体材料聚合物基体：环氧树脂、聚酯金属基体：铝、钛、镁合金陶瓷基体：氧化铝、碳化硅增强材料纤维类：玻璃纤维、碳纤维、芳纶颗粒类：碳化硅、氧化铝粉末片状：云母、石墨烯

复合材料的分类方法按应用领域航空、汽车、建筑复合材料按增强材料形状纤维、颗粒、层状复合材料按基体材料聚合物、金属、陶瓷基复合材料

复合材料的优势50%减重比例比传统金属轻5倍强度提升比同重量钢材强0%腐蚀率优异耐腐蚀性能

第二部分：主要类型的复合材料纤维增强高强度轻质结构颗粒增强多向性能改善层状复合特殊功能组合纳米复合微观结构控制

纤维增强复合材料1原理纤维承担主要载荷2特点方向性强度3优势极高的比强度和比模量

玻璃纤维复合材料

碳纤维复合材料超轻质密度仅为钢材的1/4高强度抗拉强度超过钢材导电性良好的电热导性能

芳纶纤维复合材料

颗粒增强复合材料各向同性性能无明显方向性成本效益制造成本低于纤维增强易加工传统金属加工设备适用耐磨耐热适用于高温摩擦环境

层状复合材料安全玻璃聚合物层夹在玻璃之间印刷电路板多层导电材料与绝缘层复合木材胶合板和层压木结构

功能梯度复合材料渐变设计原理材料成分、结构或性能从一侧到另一侧连续变化消除传统复合材料中界面应力集中问题典型应用航天热防护系统生物医学植入物高温工程部件电子封装材料

纳米复合材料增强相尺寸1-100纳米增强机理巨大比表面积与界面效应常见纳米填料碳纳米管、石墨烯、纳米粘土性能提升极低添加量带来显著性能改善应用领域电子、航天、医疗、能源存储

第三部分：复合材料的性能力学性能强度、刚度与韧性热学性能导热性与热稳定性电学性能导电性与绝缘性化学性能耐腐蚀与耐老化性

力学性能2000MPa抗拉强度高性能碳纤复合材料140GPa弹性模量单向碳纤复合材料0.8泊松比横向应变与纵向应变比

热学性能热膨胀系数可设计为趋近于零方向性膨胀特性减小热应力风险热导率范围广泛可调碳纤维：高导热性陶瓷颗粒：良好隔热性

电学性能1电导体碳纤维/金属增强复合材料2半导体导电聚合物基复合材料3绝缘体玻璃纤维/环氧树脂复合材料

光学性能

耐腐蚀性能化工储罐耐强酸碱环境海洋平台抵抗盐雾侵蚀地下管道防电化学腐蚀

耐疲劳性能应力幅值疲劳寿命随应力幅值降低而增加环境因素温度、湿度影响疲劳寿命层合设计纤维排列方向影响疲劳性能4微观机理基体开裂、界面脱粘、纤维断裂

阻燃性能1物理阻燃机制形成隔热炭层2化学阻燃机制捕获自由基，中断燃烧链3常用阻燃剂无机氢氧化物、有机磷化合物4阻燃标准UL94、LOI指数、烟密度测试

第四部分：复合材料的制造工艺手糊成型简单、低成本、小批量生产预浸料成型高质量、精确控制、高性能树脂传递模塑封闭模具、中等批量生产缠绕与拉挤连续生产、特定几何形状

层压成型预浸料准备裁剪预浸料到所需形状铺层堆叠按设计顺序堆叠多层材料真空压实抽真空消除气泡热压固化在高温高压下固化

模压成型配料准备树脂和增强材料1预热材料加热软化2压制材料填充模具3固化高温高压下固化4脱模取出成型产品5

缠绕成型纤维浸渍浸入树脂池控制缠绕精确角度定位热固化烘箱内固化脱模完成取出成型产品

拉挤成型

树脂传递模塑复杂形状成型能力表面质量控制结构完整性生产效率成本效益

真空辅助成型100%零件完整性无缝一体成型40%重量减轻比传统工艺轻60%纤维体积分数高纤维含量

3D打印复合材料增材制造优势复杂几何形状成型无需模具直接成型快速原型与小批量生产材料浪费最小化复合材料3D打印技术短纤维增强熔融沉积连续纤维增强打印光固化复合材料打印选择性激光烧结

第五部分：复合材料的应用领域航空航天轻量化、高性能结构件汽车工业减重、节能、安全性建筑工程耐候性、结构强度生物医学生物相容性、定制特性

航空航天领域

汽车工业车身外壳减重30%以上底盘结构提高安全性能悬挂系统改善乘坐舒适性

建筑工程桥梁加固碳纤维片材粘贴加固老旧结构轻质墙板保温隔热、抗震性能好结构柱材纤维增强聚合物替代钢筋混凝土装饰材料外墙板、室内装饰、栏杆系统

海洋工程船舶应用船体结构：轻量化设计内部装饰：防火阻燃推进系统：螺旋桨与轴海洋平台甲板结构：耐腐蚀性管道系统：耐化学性抗风浪设施：抗冲击性

能源行业风力发电