復(fù)合材料原理第一章

1、 第第1 1章緒論章緒論 復(fù)復(fù) 合合 材材 料料 原原 理理材料是現(xiàn)代文明的基石l材料是人類社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，材料是人類社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類進(jìn)步的里程碑。是人類進(jìn)步的里程碑。l材料材料、能源、信息和生物技術(shù)是現(xiàn)代科技、能源、信息和生物技術(shù)是現(xiàn)代科技四大支柱，將人類物質(zhì)文明推向新階段。四大支柱，將人類物質(zhì)文明推向新階段。 石器時(shí)代 青銅時(shí)代 鐵器時(shí)代 信息時(shí)代材料是文明的標(biāo)桿神奇的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)神奇的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是金屬、陶瓷、高分子等均質(zhì)材料發(fā)展的必然結(jié)果。復(fù)合材料是金屬、陶瓷、高分子等均質(zhì)材料發(fā)展的必然結(jié)果。按化學(xué)組成（或基本組成）分類：按化學(xué)組成（或基本組成）分類：

2、1. 金屬材料金屬材料2. 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料3. 高分子材料（聚合物）高分子材料（聚合物）4. 復(fù)合材料復(fù)合材料金屬材料金屬材料 金屬材料是由金屬元素組金屬材料是由金屬元素組成的材料。分為由一種金屬元成的材料。分為由一種金屬元素組成的單質(zhì)（純金屬）；由素組成的單質(zhì)（純金屬）；由兩種或以上金屬元素或金屬與兩種或以上金屬元素或金屬與非金屬元素構(gòu)成的合金。合金非金屬元素構(gòu)成的合金。合金分為固溶體和金屬間化合物分為固溶體和金屬間化合物。無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物

3、、碳磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱。與廣義的陶瓷材料含義等同。料以外所有材料的總稱。與廣義的陶瓷材料含義等同。無(wú)機(jī)非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒(méi)有統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒(méi)有統(tǒng)一完善的分類方法。一完善的分類方法。一般分為傳統(tǒng)的（普通的）和新一般分為傳統(tǒng)的（普通的）和新型的（先進(jìn)的）無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類。型的（先進(jìn)的）無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類。 熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高

4、有機(jī)高分子材料（高聚物）有機(jī)高分子材料（高聚物） 高聚物是由一種或幾種簡(jiǎn)高聚物是由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物聚合成的分子單低分子化合物聚合成的分子量很大的化合物。高聚物的種量很大的化合物。高聚物的種類繁多，性能各異，分類方法類繁多，性能各異，分類方法多樣。按多樣。按來(lái)源來(lái)源分為天然高分子分為天然高分子材料和合成高分子材料；按材料和合成高分子材料；按性性能和用途能和用途分為橡膠、纖維、塑分為橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等。料和膠粘劑等。 4. 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成。不同的材料組合而成。是多相材料，

5、主要包括基體相和是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。增強(qiáng)相。基體相是連續(xù)相材料，作用是把改善性能的增基體相是連續(xù)相材料，作用是把改善性能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并傳遞應(yīng)力；增強(qiáng)相起承受應(yīng)力強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并傳遞應(yīng)力；增強(qiáng)相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。復(fù)合材料既保持原材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)使復(fù)合材料既保持原材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。性能。 碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻玻 璃璃 鋼鋼 游游 艇艇玻

6、璃鋼游樂(lè)設(shè)備玻璃鋼游樂(lè)設(shè)備玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國(guó)防、航空航天工玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國(guó)防、航空航天工業(yè)包括神州系列載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用業(yè)包括神州系列載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用復(fù)合材料復(fù)合材料-隱形飛機(jī)上的特殊材料隱形飛機(jī)上的特殊材料 主題一：基礎(chǔ)（原）材料先進(jìn)制造技術(shù)主題一：基礎(chǔ)（原）材料先進(jìn)制造技術(shù)綠色制造技術(shù)、低成本制造技術(shù)、催化與分離技術(shù)、通用材綠色制造技術(shù)、低成本制造技術(shù)、催化與分離技術(shù)、通用材料高性能化制備技術(shù)料高性能化制備技術(shù) 主題二：超級(jí)結(jié)構(gòu)材料主題二：超級(jí)結(jié)構(gòu)材料高性能金屬材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、高性能工程塑料、先進(jìn)高性能金屬材

7、料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、高性能工程塑料、先進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 主題三：先進(jìn)功能材料與器件主題三：先進(jìn)功能材料與器件光電子材料與器件、微電子材料與器件、信息功能材料與器光電子材料與器件、微電子材料與器件、信息功能材料與器件、超導(dǎo)材料與器件、智能材料與器件件、超導(dǎo)材料與器件、智能材料與器件 主題四：能源與生態(tài)環(huán)境材料主題四：能源與生態(tài)環(huán)境材料新型能源材料、環(huán)境友好材料、生物與仿生材料新型能源材料、環(huán)境友好材料、生物與仿生材料 主題五：納米材料與器件主題五：納米材料與器件納電子材料與器件、納米生物醫(yī)用材料、納米能源材料、納納電子材料與器件、納米生物醫(yī)用材料、納米能源材料、納米結(jié)構(gòu)材料、納米材料與

8、器件評(píng)價(jià)與表征技術(shù)米結(jié)構(gòu)材料、納米材料與器件評(píng)價(jià)與表征技術(shù)復(fù)合材料重要意義復(fù)合材料重要意義對(duì)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的需求對(duì)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的需求 航空航天航空航天 能源工業(yè)能源工業(yè) 交通運(yùn)輸業(yè)交通運(yùn)輸業(yè) 武器系統(tǒng)武器系統(tǒng) 建筑業(yè)建筑業(yè) 機(jī)械設(shè)備制造業(yè)機(jī)械設(shè)備制造業(yè) 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 國(guó)家重大工程國(guó)家重大工程先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料發(fā)展趨先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料發(fā)展趨 勢(shì)勢(shì)材料的復(fù)合化材料的復(fù)合化結(jié)構(gòu)材料的功能和多功能化結(jié)構(gòu)材料的功能和多功能化傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的高性能化傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的高性能化低成本技術(shù)特別受到重視低成本技術(shù)特別受到重視簡(jiǎn)化材料體系簡(jiǎn)化材料體系, ,做到一材多用做到一材多用重視發(fā)展材料的先進(jìn)制備和加工技術(shù)重視發(fā)展材料的先進(jìn)

9、制備和加工技術(shù)提前安排重要新結(jié)構(gòu)材料的研制提前安排重要新結(jié)構(gòu)材料的研制重視新材料的環(huán)境影響重視新材料的環(huán)境影響l6000年前人類就已經(jīng)會(huì)年前人類就已經(jīng)會(huì)用稻草加粘土作為建筑用稻草加粘土作為建筑復(fù)合材料。復(fù)合材料。l現(xiàn)代意義復(fù)合材料最早現(xiàn)代意義復(fù)合材料最早出現(xiàn)于出現(xiàn)于1839年美國(guó)人年美國(guó)人Goodyear發(fā)明的橡膠發(fā)明的橡膠硫化法。硫化法。.復(fù)合材料的發(fā)展復(fù)合材料的發(fā)展l 第一代復(fù)合材料第一代復(fù)合材料 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料最早出現(xiàn)于最早出現(xiàn)于1940年，輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱、不反射電磁波，用年，輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱、不反射電磁波，用于軍工領(lǐng)域。于軍工領(lǐng)域。目前用量最大、技術(shù)

10、最成熟、低成本目前用量最大、技術(shù)最成熟、低成本。l 第二代復(fù)合材料第二代復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料 由于碳纖維高比強(qiáng)度和比模量。主要用在航空航天，隨著由于碳纖維高比強(qiáng)度和比模量。主要用在航空航天，隨著碳纖維成本的降低，逐漸用于民用領(lǐng)域。碳纖維成本的降低，逐漸用于民用領(lǐng)域。l 第三代復(fù)合材料第三代復(fù)合材料 有機(jī)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料有機(jī)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料 美國(guó)杜邦公司美國(guó)杜邦公司kevlar纖維為代表。高比強(qiáng)度和比模量，低纖維為代表。高比強(qiáng)度和比模量，低成本（碳纖維的成本（碳纖維的1/3）。其他纖維如超高分子量聚乙烯纖維、）。其他纖維如超高分子量聚乙烯纖維、聚

11、苯并雙噁唑（聚苯并雙噁唑（PBO）纖維等。）纖維等。l 1970年代出現(xiàn)了金屬、陶瓷為基體的復(fù)合材料年代出現(xiàn)了金屬、陶瓷為基體的復(fù)合材料l 190年代出現(xiàn)了納米復(fù)合材料年代出現(xiàn)了納米復(fù)合材料 l定義：由兩種或兩種以上定義：由兩種或兩種以上不同性質(zhì)不同性質(zhì)的單的單一材料，通過(guò)不同復(fù)合方法得到的一材料，通過(guò)不同復(fù)合方法得到的宏觀宏觀多相多相材料。材料。 區(qū)別于混合材料的特征是區(qū)別于混合材料的特征是多相結(jié)構(gòu)多相結(jié)構(gòu)，存，存在在復(fù)合復(fù)合效應(yīng)。效應(yīng)。.復(fù)合材料的定義與分類復(fù)合材料的定義與分類l分類分類 （1）基體種類）基體種類樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶

12、瓷基復(fù)合材料。料。 （2）增強(qiáng)材料）增強(qiáng)材料 形狀：顆粒、晶須、纖維、織物形狀：顆粒、晶須、纖維、織物 類型類型: 無(wú)機(jī)和有機(jī)材料無(wú)機(jī)和有機(jī)材料 （3）用途）用途 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料。 樹(shù)脂基樹(shù)脂基 基體材料基體材料 金屬基金屬基 陶瓷基陶瓷基 粒子狀粒子狀 增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑纖維狀纖維狀 層狀層狀 聚脂樹(shù)脂聚脂樹(shù)脂 飛機(jī)、汽車、飛機(jī)、汽車、 樹(shù)脂基樹(shù)脂基 ( 玻璃鋼玻璃鋼) 玻璃纖維玻璃纖維 船舶、建筑船舶、建筑 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 金屬金屬 復(fù)合復(fù)合 金屬基金屬基 耐熱纖維耐熱纖維 航空、航天航空、航天 復(fù)合方式復(fù)合方式 基體陶瓷基體陶瓷 Al2O3、SiO2、SiC、

13、 陶瓷基陶瓷基 增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維 C、SiC、 航空航天航空航天 功能功能 功能體功能體 換能、導(dǎo)電、導(dǎo)磁換能、導(dǎo)電、導(dǎo)磁 復(fù)合復(fù)合 基基 體體 屏蔽屏蔽 吸波材料吸波材料 增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維 隱形飛機(jī)隱形飛機(jī) （）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如玻璃鋼；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如玻璃鋼；l層迭復(fù)合材料，如鋁與塑料薄膜；層迭復(fù)合材料，如鋁與塑料薄膜；l顆粒復(fù)合材料，如電木粉；顆粒復(fù)合材料，如電木粉；l骨架復(fù)合材料，如蜂窩夾層結(jié)構(gòu)等，骨架復(fù)合材料，如蜂窩夾層結(jié)構(gòu)等，其中比較重要的是其中比較重要的是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。l聚醚醚酮聚醚醚酮PEEK 1977年由英國(guó)年由

14、英國(guó)ICI公司開(kāi)發(fā)。公司開(kāi)發(fā)。結(jié)晶性樹(shù)脂結(jié)晶性樹(shù)脂/熱塑性樹(shù)脂，熔點(diǎn)熱塑性樹(shù)脂，熔點(diǎn)334。短期耐熱：純樹(shù)脂耐熱短期耐熱：純樹(shù)脂耐熱160，玻璃纖維，玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)后碳纖維增強(qiáng)后300。韌性好；韌性好；阻燃：可自熄，燃燒時(shí)發(fā)熱量最少。阻燃：可自熄，燃燒時(shí)發(fā)熱量最少。耐腐蝕：除了濃硫酸。耐腐蝕：除了濃硫酸。l復(fù)合材料主要由基體和增強(qiáng)體（對(duì)功能材復(fù)合材料主要由基體和增強(qiáng)體（對(duì)功能材料稱功能體）組成料稱功能體）組成l基體：連接增強(qiáng)體、傳遞載荷、分散載荷基體：連接增強(qiáng)體、傳遞載荷、分散載荷l增強(qiáng)體：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中主要起承受增強(qiáng)體：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中主要起承受載荷的作用。載荷的作用。l功能體：

15、賦予復(fù)合材料一定的物理、化學(xué)功能體：賦予復(fù)合材料一定的物理、化學(xué)功能。功能。樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料l 聚合物基體及其復(fù)合材料性能特點(diǎn)聚合物基體及其復(fù)合材料性能特點(diǎn) （1）密度低）密度低（2）耐腐蝕）耐腐蝕（3）易氧化，老化）易氧化，老化（4）耐熱性較差，易降解和氧化）耐熱性較差，易降解和氧化（5）易燃）易燃（6）摩擦系數(shù)低）摩擦系數(shù)低（7）低的導(dǎo)熱性和高的熱膨脹性）低的導(dǎo)熱性和高的熱膨脹性（8）電絕緣性好，靜電積累）電絕緣性好，靜電積累（9）可整體著色）可整體著色（10）力學(xué)性能隨分子結(jié)構(gòu)變化）力學(xué)性能隨分子結(jié)構(gòu)變化l 乙烯基酯樹(shù)脂乙烯基酯樹(shù)脂 雙酚環(huán)氧丙烯酸類乙烯基酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)式雙酚環(huán)氧

16、丙烯酸類乙烯基酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)式 l 以不飽和酸（丙烯酸或甲基丙烯酸）和帶活性點(diǎn)的低分子以不飽和酸（丙烯酸或甲基丙烯酸）和帶活性點(diǎn)的低分子量樹(shù)脂（環(huán)氧樹(shù)脂）為原料，在催化劑作用下，經(jīng)加熱反量樹(shù)脂（環(huán)氧樹(shù)脂）為原料，在催化劑作用下，經(jīng)加熱反應(yīng)得到的端基或側(cè)基含不飽和雙鍵的樹(shù)脂。工業(yè)上是將乙應(yīng)得到的端基或側(cè)基含不飽和雙鍵的樹(shù)脂。工業(yè)上是將乙烯基酯樹(shù)脂溶解在苯乙烯中制成液體樹(shù)脂。烯基酯樹(shù)脂溶解在苯乙烯中制成液體樹(shù)脂。 l 兼有不飽和聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)：不飽和樹(shù)脂可常溫固兼有不飽和聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)：不飽和樹(shù)脂可常溫固化、施工方便；雙酚化、施工方便；雙酚A骨架保留了環(huán)氧樹(shù)脂的基本特征。骨架保留了環(huán)氧樹(shù)脂

17、的基本特征。l 突出優(yōu)點(diǎn)：突出優(yōu)點(diǎn)：防腐蝕性防腐蝕性良好、施工工藝性好。良好、施工工藝性好。整體樹(shù)脂地面整體樹(shù)脂地面 采用采用MFE-5樹(shù)脂溝縫的花崗巖耐腐蝕地面樹(shù)脂溝縫的花崗巖耐腐蝕地面 玻璃剛拼狀式儲(chǔ)罐玻璃剛拼狀式儲(chǔ)罐l雙馬來(lái)酰亞胺雙馬來(lái)酰亞胺-BMI 由順丁烯二酸酐和二元胺在一定條件下反由順丁烯二酸酐和二元胺在一定條件下反應(yīng)得到。綜合了聚酰亞胺和環(huán)氧樹(shù)脂的特應(yīng)得到。綜合了聚酰亞胺和環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)，具有較好的耐熱性和工藝性。點(diǎn)，具有較好的耐熱性和工藝性。 缺點(diǎn)：脆性大，熔點(diǎn)高，難溶解，固化溫缺點(diǎn)：脆性大，熔點(diǎn)高，難溶解，固化溫度高，需要改性。度高，需要改性。 基體材料的性能基體材料的性能l

18、 玻璃纖維玻璃纖維直徑直徑5-20m 主要用在對(duì)使用性能要求不高的場(chǎng)合。主要用在對(duì)使用性能要求不高的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度較高優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度較高（可達(dá)（可達(dá)2GPa），相對(duì)密度小，相對(duì)密度小（2.4-2.7g/cm3），化學(xué)穩(wěn)定性高，耐熱性好；，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐熱性好；缺點(diǎn)：脆性大，耐磨性差，纖維表面光滑不易與缺點(diǎn)：脆性大，耐磨性差，纖維表面光滑不易與其它物質(zhì)結(jié)合。其它物質(zhì)結(jié)合。用途：可制成長(zhǎng)纖維和短纖維，或織成布和氈。用途：可制成長(zhǎng)纖維和短纖維，或織成布和氈。玻璃纖維紗玻璃纖維紗玻璃纖維短切紗玻璃纖維短切紗玻璃纖維布玻璃纖維布玻璃纖維氈玻璃纖維氈玻璃纖維帶玻璃纖維帶碳纖維和石墨纖維碳纖維和石墨纖維有機(jī)

19、纖維在惰性氣體中，經(jīng)高溫碳化制成。有機(jī)纖維在惰性氣體中，經(jīng)高溫碳化制成。2000以以下制得碳纖維，再經(jīng)下制得碳纖維，再經(jīng)2500以上處理得石墨纖維。以上處理得石墨纖維。l機(jī)械性能受溫度的影響較?。簭椥阅Ａ扛?，機(jī)械性能受溫度的影響較小：彈性模量高，2500無(wú)氧氣氛中變化較小。無(wú)氧氣氛中變化較小。l石墨纖維的耐熱性和導(dǎo)電性比碳纖維高，并具有自石墨纖維的耐熱性和導(dǎo)電性比碳纖維高，并具有自潤(rùn)滑性。潤(rùn)滑性。l主要用在對(duì)使用性能要求較高的條件主要用在對(duì)使用性能要求較高的條件如碳如碳/碳復(fù)合材料用在航空航天等領(lǐng)域。碳復(fù)合材料用在航空航天等領(lǐng)域。l 超高強(qiáng)聚乙烯纖維超高強(qiáng)聚乙烯纖維l 芳香族聚酰胺纖維芳香族聚

20、酰胺纖維l 聚苯并雙惡唑聚苯并雙惡唑PBOPBOl 液晶芳族雜環(huán)聚合物液晶芳族雜環(huán)聚合物 高性能有機(jī)纖維高性能有機(jī)纖維l 超高分子量聚乙烯纖維（超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE、HTHMPE或或UPS-PE） 也稱伸直鏈聚乙烯纖維或高強(qiáng)、高模量聚乙烯纖，以也稱伸直鏈聚乙烯纖維或高強(qiáng)、高模量聚乙烯纖，以超高分子量聚乙烯為原料，經(jīng)溶膠紡絲超高分子量聚乙烯為原料，經(jīng)溶膠紡絲-超倍拉伸技術(shù)超倍拉伸技術(shù)制得。其特點(diǎn)是：制得。其特點(diǎn)是：l相對(duì)分子量大于相對(duì)分子量大于100萬(wàn)；萬(wàn)；l密度低：密度低：0.960.97g/cm3, 是最輕的纖維；是最輕的纖維；l強(qiáng)度高：強(qiáng)度高：3.56.3GPa，是鋼的，是鋼

21、的10倍，碳纖維和芳綸倍，碳纖維和芳綸纖維的纖維的2倍；倍；l耐熱性差：耐熱性差：140熔融。熔融。主要用在纜繩和高技術(shù)軍備材料，如武器裝甲、防彈主要用在纜繩和高技術(shù)軍備材料，如武器裝甲、防彈背心、頭盔等。背心、頭盔等。UPS-PEl芳香族聚酰胺纖維凱芙拉芳香族聚酰胺纖維凱芙拉Kevlar 由杜邦公司由杜邦公司1972年開(kāi)發(fā)，對(duì)苯二甲酰對(duì)苯年開(kāi)發(fā)，對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（二胺（PPTA），是液晶高分子，特點(diǎn)：），是液晶高分子，特點(diǎn)：（1） 高比強(qiáng)度、高比模量高比強(qiáng)度、高比模量比強(qiáng)度是鋼絲的比強(qiáng)度是鋼絲的3-4倍，比模量是鋼絲倍，比模量是鋼絲或玻璃纖維的或玻璃纖維的2-3倍，而密度是鋼絲的倍，而密度

22、是鋼絲的1/5；（2）耐高低溫）耐高低溫連續(xù)使用溫度為連續(xù)使用溫度為-196-204，在，在-45仍能保持相當(dāng)與室溫下的韌性。仍能保持相當(dāng)與室溫下的韌性。芳綸纖維及其織物芳綸纖維及其織物l 聚苯并雙惡唑（聚苯并雙惡唑（PBO）纖維）纖維 1995年由年由Dow化學(xué)公司和東洋紡織公司聯(lián)合研制化學(xué)公司和東洋紡織公司聯(lián)合研制成功。特點(diǎn)是：強(qiáng)度、模量、耐熱、阻燃優(yōu)于其成功。特點(diǎn)是：強(qiáng)度、模量、耐熱、阻燃優(yōu)于其他有機(jī)纖維，被稱為面向他有機(jī)纖維，被稱為面向21世紀(jì)的超纖維。世紀(jì)的超纖維。l 晶須晶須 晶須是指以單晶形式生長(zhǎng)的形狀類似于短纖維，而尺寸遠(yuǎn)小于短纖晶須是指以單晶形式生長(zhǎng)的形狀類似于短纖維，而尺寸

23、遠(yuǎn)小于短纖維的針狀單晶體。包括金屬晶須和陶瓷晶須。維的針狀單晶體。包括金屬晶須和陶瓷晶須。 直徑為零點(diǎn)幾到幾微米，長(zhǎng)度為幾十到幾百微米，長(zhǎng)徑比大于直徑為零點(diǎn)幾到幾微米，長(zhǎng)度為幾十到幾百微米，長(zhǎng)徑比大于10。 由于在結(jié)晶時(shí)原子結(jié)構(gòu)高度有序排列，內(nèi)部缺陷較少，其強(qiáng)度和模由于在結(jié)晶時(shí)原子結(jié)構(gòu)高度有序排列，內(nèi)部缺陷較少，其強(qiáng)度和模量接近于完整晶體材料的理論值，是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的量接近于完整晶體材料的理論值，是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)增韌劑增韌劑。 金屬晶須中可批量生產(chǎn)的是鐵晶須，其最大特點(diǎn)是可在磁場(chǎng)中取向，金屬晶須中可批量生產(chǎn)的是鐵晶須，其最大特點(diǎn)是可在磁場(chǎng)中取向，可以很容易地制取定向纖維

24、增強(qiáng)復(fù)合材料?？梢院苋菀椎刂迫《ㄏ蚶w維增強(qiáng)復(fù)合材料。 陶瓷晶須比金屬須強(qiáng)度高，相對(duì)密度低，彈性模量高，耐熱性好。陶瓷晶須比金屬須強(qiáng)度高，相對(duì)密度低，彈性模量高，耐熱性好。 晶須主要用于金屬材料基和陶瓷基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)增韌晶須主要用于金屬材料基和陶瓷基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)增韌碳化硅晶須碳化硅晶須硫酸鈣晶須硫酸鈣晶須鈦酸鉀晶須鈦酸鉀晶須功能填料：功能填料：.樹(shù)脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)與性能樹(shù)脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)與性能 特點(diǎn)特點(diǎn) （1）可設(shè)計(jì)性可設(shè)計(jì)性 復(fù)合材料的力學(xué)、熱、電、聲、光等物理化學(xué)性能都可通復(fù)合材料的力學(xué)、熱、電、聲、光等物理化學(xué)性能都可通過(guò)組分材料的選擇、界面控制等設(shè)計(jì)手段達(dá)到。過(guò)組分材料的選擇、界

25、面控制等設(shè)計(jì)手段達(dá)到。 （2）材料與結(jié)構(gòu)的一致性材料與結(jié)構(gòu)的一致性 復(fù)合材料的構(gòu)件與材料同時(shí)形成。復(fù)合材料的構(gòu)件與材料同時(shí)形成。 （3）存在復(fù)合效應(yīng)存在復(fù)合效應(yīng) 區(qū)別于任意混雜材料區(qū)別于任意混雜材料 復(fù)合材料的性能不是其組分材料性能的簡(jiǎn)單疊加，可以產(chǎn)復(fù)合材料的性能不是其組分材料性能的簡(jiǎn)單疊加，可以產(chǎn)生新的性能。生新的性能。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （1）密度低密度低 大多數(shù)聚合物的密度在大多數(shù)聚合物的密度在1g/cm3左右，左右，0.9-1.5cm3之間。之間。 （2）高比強(qiáng)度、高比模量高比強(qiáng)度、高比模量 比強(qiáng)度是拉伸強(qiáng)度與密度的比值。如碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的比強(qiáng)比強(qiáng)度是拉伸強(qiáng)度與密度的比值。如碳纖維增

26、強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的比強(qiáng)度是鋼的度是鋼的6倍，比模量是鋼的倍，比模量是鋼的4倍。倍。 （3）電絕緣性好，透波材料）電絕緣性好，透波材料 （4）耐疲勞性能好耐疲勞性能好 金屬材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的金屬材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的30-50； 碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的70-80；能長(zhǎng)期承受交變載荷。能長(zhǎng)期承受交變載荷。 （5）耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕 乙烯基酯樹(shù)脂乙烯基酯樹(shù)脂 缺點(diǎn)：不耐高溫，不易回收利用缺點(diǎn)：不耐高溫，不易回收利用幾種常用材料與復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量幾種常用材料與復(fù)合材料的比強(qiáng)

27、度和比模量復(fù)合材料復(fù)合材料 玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料 生產(chǎn)生活中常生產(chǎn)生活中常用的復(fù)合材料用的復(fù)合材料航空、航天領(lǐng)域中航空、航天領(lǐng)域中的復(fù)合材料的復(fù)合材料纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料.樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)l 降低成本降低成本 原材料、原材料、成型工藝成型工藝、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)l 先進(jìn)復(fù)合材料的研制先進(jìn)復(fù)合材料的研制 高強(qiáng)、高模量、耐高溫等性能，用于航空航天領(lǐng)高強(qiáng)、高模量、耐高溫等性能，用于航空航天領(lǐng)域。域。l 功能復(fù)合材料功

28、能復(fù)合材料 燒蝕、摩阻、磁性、導(dǎo)電、吸聲、燒蝕、摩阻、磁性、導(dǎo)電、吸聲、阻尼阻尼l 智能復(fù)合材料智能復(fù)合材料 具有感知、識(shí)別及處理能力的復(fù)具有感知、識(shí)別及處理能力的復(fù)合材料。合材料。l 仿生復(fù)合材料仿生復(fù)合材料 參考生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)律設(shè)計(jì)制參考生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)律設(shè)計(jì)制造。造。l 環(huán)保復(fù)合材料環(huán)保復(fù)合材料 復(fù)合材料的回收利用復(fù)合材料的回收利用玻璃鋼防腐蝕產(chǎn)品玻璃鋼防腐蝕產(chǎn)品基體的結(jié)構(gòu)和性能基體的結(jié)構(gòu)和性能增強(qiáng)體或功能體的結(jié)構(gòu)和性能增強(qiáng)體或功能體的結(jié)構(gòu)和性能界面結(jié)構(gòu)和界面效應(yīng)界面結(jié)構(gòu)和界面效應(yīng)復(fù)合后材料的物理及力學(xué)性能的一般規(guī)律相共性復(fù)合后材料的物理及力學(xué)性能的一般規(guī)律相共性復(fù)合過(guò)程的一般規(guī)律和共

29、性復(fù)合過(guò)程的一般規(guī)律和共性材料功能化原理材料功能化原理研究?jī)?nèi)容是整個(gè)復(fù)合材料工程學(xué)的理論基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容是整個(gè)復(fù)合材料工程學(xué)的理論基礎(chǔ)。除基體和增強(qiáng)休或功能體對(duì)復(fù)合材樹(shù)的性能有決定性影響外，除基體和增強(qiáng)休或功能體對(duì)復(fù)合材樹(shù)的性能有決定性影響外，界面的作用也有很大的影響。界面、界面效應(yīng)對(duì)復(fù)合材料性界面的作用也有很大的影響。界面、界面效應(yīng)對(duì)復(fù)合材料性能的巨大影響正是復(fù)合材料區(qū)別于一般混合材料的重要標(biāo)志。能的巨大影響正是復(fù)合材料區(qū)別于一般混合材料的重要標(biāo)志。焊接材料界面焊接材料界面玻璃鋼絕緣產(chǎn)品玻璃鋼絕緣產(chǎn)品相關(guān)網(wǎng)站相關(guān)網(wǎng)站1、國(guó)內(nèi)公司、國(guó)內(nèi)公司天原（集團(tuán)）上海樹(shù)脂廠有限公司天原（集團(tuán)）上海樹(shù)脂廠有限公司 岳陽(yáng)石化總廠環(huán)氧樹(shù)脂廠岳陽(yáng)石化總廠環(huán)氧樹(shù)脂廠 www.sinopec- 華東理工大學(xué)華昌聚合物有限公司華東理工大學(xué)華昌聚合物有限公司 上緯上緯(上海上海)精細(xì)化工有限公司精細(xì)化工有限公司 重慶國(guó)際復(fù)合材料有限公司重慶國(guó)際復(fù)合材料有限公司 四川玻纖有限公司四川玻纖有限公司 中鋼集團(tuán)吉林炭素股份有限公司中鋼集團(tuán)吉林炭素