第一章-緒論課件

1

復合材料

CompositeMaterials

青島科技大學材料科學與工程學院材料物理教研室

2013年9月2

課程簡介課程名稱：CompositeMaterials

學時：

48學時，3學分授課專業(yè)：材料物理授課安排：1~16周3

復合材料學

CompositeMaterials

第一章

緒論

Introduction4教學目的:通過本章的學習，全面理解和掌握復合材料的定義、分類、特點、基本組成及在各領域中的應用；了解復合材料研究的重點和難點。重點內(nèi)容:

1、材料按使用性能的分類及各自性能。

2、復合材料的定義、分類、特點、組成及作用。

3、按基體和增強體對復合材料進行分類。

4、復合材料研究重點和難點。難點:復合材料的基本組成及作用。熟悉內(nèi)容:了解復合材料在各個領域中的應用。5主要英文詞匯：material---材料CompositeMaterials---復合材料,CMPolymerEngineeringComposite---聚合物工程復合材料ResinMatrixComposite---樹脂基復合材料FiberReinforcedPlastics---纖維增強塑料Reinforcedplastic---增強塑料Macromechanicsofcomposites---復合材料的宏觀性能Compositeinterface---復合材料界面Reactionofcompositeinterface---復合材料的界面反應Compatibilityofcompositeinterface---復合材料的界面相容性6Mechanicsofcomposite---復合材料力學Components---組成Matrix---基體Reinforcement,reinforcingmaterials---增強材料Stoneage---石器時代Bronzeage---銅器時代Ironage---鐵器時代MetalMatrixComposites---金屬基復合材料PolymerMatrixComposites---高分子基復合材料CeramicsMatrixComposites---陶瓷基復合材料Classifications---類別Function---作用分類Application---應用7參考教材或資料：1、復合材料學----周祖福（武漢理工大學出版社，2004年）2、現(xiàn)代復合材料----陳華輝鄧海金李明（中國物質(zhì)出版社,1998）3、復合材料概論----王榮國武衛(wèi)莉（哈爾濱工業(yè)大學出版社,1999）4、復合材料--------吳人潔（天津大學出版社,2000）5、復合材料科學與工程---倪禮忠,陳麒(科學出版社,2002)6、復合材料及其應用—尹洪峰,任耘（陜西科學技術出版社,2003）7、高性能復合材料學---郝元愷,肖加余(化學工業(yè)出版社,2004)8、新材料概論---

譚毅,李敬鋒(冶金工業(yè)出版社,2004)

9、先進復合材料----魯云朱世杰馬鳴圖（機械工業(yè)已出版社,2004）10、復合材料--------周曦亞（化學工業(yè)出版社,2005）8第一章緒論1.1

前言

1.1.1材料、材料分類及材料與社會文明1.1.2材料科學的形成及現(xiàn)狀1.1.3復合材料的提出及發(fā)展簡史1.2復合材料的定義、特點、基本性能及分類1.2.1復合材料的定義、特點及構成1.2.2復合材料的構成模式及分類1.2.3復合材料的命名1.2.4結構復合材料的性能簡介、應用實例1.3復合材料在二十一世紀中應起的作用1.4復合材料的新生長點和有待于深入研究、開拓的問題91.1

前言

1.1.1材料、材料分類及材料與社會文明材料(Materials)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎。廣義的材料包括人們的思想意識之外的所有物質(zhì)(substance)。材料無處不在，無處不有。10其它定義

Webster編者“NewInternationalDictionary（1971年）”中關于材料（Materials）的定義為：材料是指用來制造某些有形物體（如：機械、工具、建材、織物等的整體或部分）的基本物質(zhì)（如金屬、木料、塑料、纖維等）。

邁爾《新百科全書》中材料的含義：材料是從原材料中取得的，為生產(chǎn)半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金屬、石塊、木料、皮革、塑料、紙、天然纖維和化學纖維等等。11類別

classifications

材料可以根據(jù)化學組成、狀態(tài)、作用和使用領域分類?；瘜W組成分類components狀態(tài)分類state金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料氣態(tài)固態(tài)液態(tài)單晶多晶復晶非晶12應用領域分類Application建筑電子醫(yī)用儀表包裝耐火能源等等13樹脂基<250℃

金屬基<600℃鎳(合金)基超過1000℃陶瓷基<1500℃

碳/碳～3000℃

水泥基換能熱電、光電、聲電等阻尼吸聲導電導磁屏蔽摩擦磨耗燒蝕功能復合材料（注重物理性能）結構復合材料（注重力學性能）作用分類Function結構(工程)材料功能材料14材料是人類文明進步的物質(zhì)基礎，材料的更新與進步促進了人類社會的發(fā)展。

人類的文明歷史也是一部材料發(fā)展史，所以社會的歷史分期有一種是以材料來劃分的如：石器時代、銅器時代、鐵器時代等，人類科學技術上的進步往往與新材料的出現(xiàn)分不開。但人類在漫長的歷史發(fā)展中大都是依靠自然的恩賜，僅僅停目在能利用天然材料的狀態(tài)。

15自古以來，材料的發(fā)展水平就是人類社會文明程度的標志.人類文明史劃分依據(jù):當時的代表性材料石器時代銅器時代鐵器時代……1617漫長而又曲折的歷程：石斧18石器1920陶器21編鐘22湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍23湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤241.1.2材料科學的形成及現(xiàn)狀

自19世紀以來，生產(chǎn)不斷發(fā)展，對材料不斷提出新的要求，有些要求完全超出天然材料所能提供的性能，促進了人類開始對材料從依靠到創(chuàng)造的轉變。對材料的認識也逐漸由匠人的經(jīng)驗而形成一門科學。人類使用和制造材料的歷史有幾千年，而材料發(fā)展成為一門學科，只是近30多年的事情。長期以來，人們對材料的認識停留于宏觀性質(zhì)的測試水平上。近代物理及化學的發(fā)展，加上精密檢測儀器及分析技術的出現(xiàn)，對材料的研究開始由宏觀現(xiàn)象轉到微觀本質(zhì)的研究，由經(jīng)驗性的認識轉到規(guī)律性的認識，并形成了綜合學科---材料科學。25

陶瓷藝術品補充資料：日常生活用材料制品圖庫。26玻璃瓶27水果籃28中國古代陶器秦始皇兵馬俑2930塑料布31塑料薄膜32特種工程塑料33合成纖維34合成橡膠輪胎35衣服纖維36塑料的應用37塑料的應用38不銹鋼餐具39電力陶瓷40砂輪41鋼塔4243汽車與高速公路44大江截流45人類使用材料是一巨大的、全球性的、時空無限的循環(huán)體系46材料科學：應用性基礎科學，它用化學組成和結構的原理來闡明材料性質(zhì)的規(guī)律性，進而研究和發(fā)展具有指定性能的新材料。材料分類：金屬、無機非金屬、有機高分子材料

各有千秋揚長避短

克服單一材料的缺點

產(chǎn)生原來單一材料沒有本身所沒有的新性能復合材料47單一材料：有若干優(yōu)點，但也存在明顯的問題，且難以從根本上克服。近二十年，材料的研究擺脫了靠經(jīng)驗、摸索的方法，而向著預定性能設計新材料。解決：將兩種或兩種以上的單一材料，采用復合的方式，制備新材料，在保留各自優(yōu)點的基礎上，克服或彌補各自的缺點。材料的復合方式為研究新材料的新途徑，具有很強的可設計性，按使用性能設計、制造新材料。材料的分類（按使用）：結構材料：主要使用其力學性能，強度，剛性，變形等特征。功能材料：使用聲、光、電、熱等性能。48各種材料在各個歷史時期相對重要性5000BC015001900196019801990200020102020金銅鐵鋼合金鋼高溫合金高分子木材皮膚纖維動物膠橡膠電木尼龍PEPCPSPPPAN聚酯高模聚合物導電高分子復合材料金屬基復合材料陶瓷基復合材料石材陶瓷陶器玻璃水泥耐火材料熔融硅耐濕陶瓷韌性機械陶瓷49501.1.3復合材料的提出及發(fā)展簡史復合材料的提出：

現(xiàn)代高科技的發(fā)展更緊密地依賴于新材料的發(fā)展；同時也對材料提出了更高、更苛刻的要求。傳統(tǒng)的單一材料無法滿足以上綜合要求，當前作為單一的金屬、陶瓷、聚合物等材料雖然仍在不斷日新月異地發(fā)展，但是以上這些材料由于其各自固有的局限性而不能滿足現(xiàn)代科學技術發(fā)展的需要。

復合材料，特別是先進復合材料就是為了滿足以上高技術發(fā)展的需求而開發(fā)的高性能的先進材料。復合材料是應現(xiàn)代科學技術而發(fā)展出來的具有極大生命力的材料。

51復合材料（CompositeMaterials)一詞大約出現(xiàn)在20世紀50年代，隨之也出現(xiàn)了對復合材料較為嚴格的定義。英國學者Richardson在《PolymerEngineeringComposite》一書中將復合材料定義為：不同的材料結合在一起形成一種結構較為復雜的材料，這種材料的組成成分應保持一致性，新形成的材料在性能上必須有重要的改進或不同于組分成分的性質(zhì)。52復合材料的歷史：天然復合材料自然界中存在許許多多的天然復合材料。例如，樹木和竹子是纖維素和木質(zhì)素的復合體；

動物的骨骼則由無機磷酸鹽和蛋白質(zhì)膠原復合而成。53

人類很早就接觸和使用各種天然復合材料，并仿效自然界制作各種各樣的復合材料。陜西半坡人－－草梗合泥筑墻，且延用至今；漆器－－麻纖維和土漆復合而成，至今已四千多年；敦煌壁畫－－泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。54鋼筋混凝土----砂、石、鋼筋+水泥玻璃鋼----玻璃纖維+熱固性樹脂C/C復合材料----石墨碳纖維+熱解碳或樹脂碳（耐燒蝕）55-----古代，原始型，草莖和泥土復合作為建筑材料；砂石和水泥復合混凝土也應用很久；從現(xiàn)存的歷史遺跡和史籍考察，在距今7000年以前的西安半坡村遺址中曾發(fā)現(xiàn)用草拌泥做成的墻壁和磚坯，用草拌泥制造的建筑材料性能既優(yōu)于草又優(yōu)于泥，這是人類最使用用復合材料的先例。

56在4000年以前的漆器顯一種典型的纖維增強復合材料，它是用絲、麻及其織物為增強相，以生漆作為粘接劑一層一層覆在底胚（模具）上，待漆干固后挖去底胎成型。這種工藝方法與近代復合材料的手糊工藝十分相近。中國古代的弓是用竹片、銅條等材料經(jīng)過巧妙的鋪疊得到的高模量高強度的優(yōu)良層合復合構件，也是復合材料應用的典型實例。埃及人在公元前以知道將布材切成板后重新鋪疊制成象現(xiàn)代膠合板材似的疊合材料，這樣不僅可以提高強度，還可以減少由于濕、熱引起的變形。

57----19世紀末復合材料開始進入工業(yè)化生產(chǎn)；纖維增強橡膠算是最早同世的復合材料。這類組合材料的典型例子有輪胎和橡膠布。充氣輪胎于1886年發(fā)明到1896年用在汽車上。輪胎是簾子線增強橡膠復合材料，簾子線承受充氣的壓力，提供強度，是增強相，橡膠固定利保護纖維是基體相。為了提高輪胎的耐磨性，在橡膠基體中加入顆粒狀碳黑，該復合材料實際上過是一種纖維－碳黑增強橡膠的三相復合材料。橡膠布是與輪胎相似的纖維增強橡膠基復合材料，它用來作氣球、救生艇、浴水服、雨衣、吹脹式建筑、宇航員服等制品。58----20世紀六十年后，發(fā)展很快（因具有可設計性）；樹脂基復合材料（ResinMatrixComposite）也成為纖維增強塑料（FiberReinforcedPlastics）,是目前技術比較成熟且應用廣泛的一類復合材料。這種材料用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強熱固性樹脂或熱塑性樹脂，經(jīng)過復合而成。

20世紀40年代，美國用碎布酚醛樹脂制備槍托、代替木材，發(fā)展成為玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）這種種廣泛應用的較現(xiàn)代化復合材料。

學術界開始使用“復合材料”（compositematerials

）一詞大約是在20世紀40年代，當時出現(xiàn)了玻璃纖維增強不飽和聚酯，開辟了現(xiàn)代復合材料的新紀元。59以玻璃纖維為增強相的樹脂基復合材料在世界范圍內(nèi)形成了產(chǎn)業(yè)，在我國熟稱玻璃鋼，1932年在美國出現(xiàn)，1940年以手糊成型的玻璃纖維增強聚酯用于飛機雷達罩，此后美國萊特空軍用此作為機身和機翼材料，并于1944年試飛成功。

1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功，并制作出直升飛機的螺旋漿，60年代美國利用纖維纏繞技術，制造出北極星、木星等大型固體火箭發(fā)動機的殼體，為航天技術開辟了輕質(zhì)高強結構的最佳途徑。60

這架航天飛機用碳纖維／環(huán)氧樹脂制作作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維／環(huán)氧樹脂制備各種壓力客器。用硼／鋁復合材料制造主機身隔框和翼梁，用碳／碳復合材料制作發(fā)動機的噴管和喉村，發(fā)動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合全復合材料制成，被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫陶瓷基復合材料，衣這架代表近代最尖端技術成果的航天飛機上使用了樹脂、全屬和陶瓷基復合材料。61

使用了先進復臺材料作均主承力結構。這架的容運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的組合材料制造了機翼前緣、壓力容器等構件，不僅使飛機結構重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。62----21世紀，預言為復合材料的世紀。631.2復合材料的定義、特點、基本性能及分類1.2.1復合材料的定義、特點及構成復合材料：是有兩種或兩種以異質(zhì)、異形、異性的材料復合形成的新型材料。一般由基體組元與增強體或功能組元所組成。復合材料的特點：1）由兩種或多種不同性能的組分通過宏觀或微觀復合在一起的新型材料，組分之間存在著明顯的界面。2）各組分保持各自固有特性的同時可最大限度地發(fā)揮各種組分的優(yōu)點，賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。

3）復合材料具有可設計性?？山?jīng)設計，即通過對原材料的選擇、各組分分布設計和工藝條件的保證等，使原組分材料的優(yōu)點互補，因而呈現(xiàn)出出色的綜合性能。64

復合材料的其它定義（關于復合材料，有著不同的定義方式。）“由兩種以上不同的原材料組成，并使原材料的性能得到充分發(fā)揮，通過復合化而得到單一材料所不具備的性能?！保◢u村昭治.未來を拓く先端材料，工業(yè)調(diào)查會，1982）“把一些個體典型或基本的特性組合，而得到的物質(zhì)?！保ㄓ嘤缹幍茸g.金屬基復合材料導論，北京，冶金工業(yè)出版社，1996）“由兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復合而成的新型材料?！保▍侨藵?，復合材料，天津大學出版社，2000）“經(jīng)過一定的操作，將復數(shù)個原材料合體，或者是由復數(shù)個相生成，且具有比原材料優(yōu)異的性能?！保ㄏ愦ㄘS，八田博志.セラミックス基復合材料，アグネ承風社，1990）65吳人潔教授“在復合材料的未來發(fā)展”一文中指出：復合材料將由宏觀復合形式向微觀(細觀)復合形式發(fā)展。微觀復合材料包括：均質(zhì)材料在加工過程中內(nèi)部析出的增強相和剩余的基體相構成的原位復合材料或纖維增強復合材料，也包括用納米級增強體的復合材料以及剛強棒狀分子增強的分子復合材料等。綜上所述，復合材料定義所闡述的主要有兩點，即組成規(guī)律和性能持征。66國際標準化組織：由兩種以上在物理和化學上不同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料?！恫牧峡茖W技術百科全書》中關于復合材料的定義如下：復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組成材料的重要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能，與一般材料的簡便混合有本質(zhì)區(qū)別。67《材料大辭典》中關于復合材料的定義為：復合材料是根據(jù)應用的需要進行設計，把兩種以上的有機聚合物材料，或無機非金屬材料，或金屬材料組合在一起，使之互補性能優(yōu)勢，從而制成的一類新型材料。一般由基體組元與增強材料或功能體組元所組成，因此亦屬于多相材料范疇。68根據(jù)《材料大辭典》中關于復合材料的定義可以看出,復合材料具有兩個鮮明的特點:１、復合材料不僅能保持原組分的部分優(yōu)點，而且產(chǎn)生原組分所不具備的新性能。２、復合材料具有可設計性。由于各種原材料都具有各自的優(yōu)點和缺點，所以在組合時可能出現(xiàn)如下圖所示的結果。691.2.2復合材料的構成模式及分類復合材料的基本結構模式：

復合材料由基體和增強劑兩個組分構成：基體：構成復合材料的連續(xù)相；增強劑（增強相、增強體）：復合材料中獨立的形態(tài)分布在整個基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能顯著改善和增強。增強劑（相）一般較基體硬，強度、模量較基體大，或具有其它特性?？梢允抢w維狀、顆粒狀或彌散狀。增強劑（相）與基體之間存在著明顯界面。7071----復合材料按性能高低的分類：常用復合材料：先進復合材料：以碳、芳綸、陶瓷等纖維和晶須高性能增強體；與耐高溫高分子、金屬、陶瓷、碳（石墨）等進行復合。產(chǎn)品用于高技術領域，用量少，但性能要求高。

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普通復合材料：普通玻璃、合成或天然纖維增強普通聚合物復合材料，如玻璃鋼、鋼筋混凝土等。

先進復合材料：高性能增強劑（碳、硼、氧化鋁、

SiC纖維及晶須等）增強高溫聚合物、金屬、陶瓷和碳（石墨）等復合材料。先進復合材料的比強度和比剛度應分別達到

400MPa/(g/cm3)和40GPa/(g/cm3)以上。7374----復合材料按用途的分類：結構復合材料：目前絕大所屬屬于此類，本課程的重點部分。功能復合材料：前途廣闊。

結構復合材料的特點：主要用作承力或次承力結構，要求質(zhì)量輕、強度和剛度高，且能承受一定的溫度，在某些情況下，還要求膨脹系數(shù)小，絕熱性能好或耐介質(zhì)腐蝕等其它性能。結構復合材料基本組成：基體和增強體基體：粘結增強體予以賦形，并傳遞應力和增韌作用。增強體：承擔結構使用中的各種負荷。75結構復合材料：要用于制造受力構件；結構復合材料主要是作為承力結構使用的復合材料，它基本上是由能承受載荷的增強體組元與能聯(lián)接增強體成為整體承載同時又起分配與傳遞載荷作用的基體組元構成。

結構復合材料又可按基體材料類型和增強體材料類型來分類見下圖所示：76聚合物基復合材料金屬基復合材料陶瓷基復合材料水泥基復合材料碳基復合材料結構復合材料熱固性樹脂基熱塑性樹脂基橡膠基高溫陶瓷基玻璃基玻璃陶瓷基輕金屬基高熔點金屬基金屬間化合物基Ａ、按基體類型分類MetalMatrixCompositesPolymerMatrixCompositesCeramicsMatrixComposites77B、按增強體類型分類結構復合材料疊層式復合材料片材增強復合材料顆粒增強復合材料纖維增強復合材料人工晶片天然片狀物微米顆粒納米顆粒不連續(xù)纖維復合材料連續(xù)纖維增強復合材料晶須增強復合材料短切纖維增強復合材料單向纖維增強復合材料二維織物增強復合材料三維織物增強復合材料78纖維增強復合材料纖維增強復合材料分為以下五種：①玻璃纖維復合材料；②碳纖維復合材料；③有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、聚烯烴纖維等）復合材料；④金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復合材料；⑤陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。79功能復合材料：指具備各種特殊物理與化學性能的材料。例如：聲、光、電、磁、熱、耐腐蝕、零膨脹、阻尼、摩擦、屏蔽或換能等。功能復合材料中的增強體又可稱為功能體組元，它分布于基體組元中。功能復合材料中的基體不僅起到構成整體的作用，而且能夠產(chǎn)生協(xié)同或加強功能的作用。80功能復合材料電功能磁功能光功能熱功能化學功能機械功能導電壓電超導絕緣吸波屏蔽半導電軟磁硬磁屏蔽磁滯磁流體透光濾光變色光屏蔽聲功能吸聲聲納導熱防熱阻燃耐熱蝕吸附分離抗腐蝕催化催化阻尼減振自潤滑耐磨密封防彈功能復合材料81

除了上面的各種各樣的復合材料以外，還有同質(zhì)復合材料和異質(zhì)復合材料。

同質(zhì)復合材料（增強材料和基體材料屬于同種物質(zhì)，如碳/碳復合材料）

異質(zhì)復合材料（前面提及的復合材料多屬此類）。82

混雜復合材料：兩種或兩種以上增強體同一種基體制成的復合材料?？梢钥闯墒莾煞N或多種單一纖維或顆粒復合材料的相互復合，即復合材料的“復合材料”。831.2.3復合材料的命名復合材料在世界各國還沒有統(tǒng)一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據(jù)增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：（1）強調(diào)基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。（2）強調(diào)增強體時以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。（3）基體材料名稱與增強體材料并用。這種命名方法常用來表示某一種具體的復合材料，習慣上把增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面。84例如：“玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料”，或簡稱為“玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料或玻璃纖維/環(huán)氧”。而我國則常把這類復合材料通稱為“玻璃鋼”。碳纖維和金屬基體構成的復合材料叫“金屬基復合材料”，也可寫為“碳／金屬復合材料”。碳纖維和碳構成的復合材料叫“碳／碳復合材料”。國外還常用英文編號來表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金屬基復合材料，F(xiàn)RP（FiberReinforcedPlastics）表示纖維增強塑料，而玻璃纖維/環(huán)氧則表示為GF/Epoxy,或G/Ep(G-Ep)。851.2.4結構復合材料的性能簡介、應用實例性能：取決于基體相、增強相種類及數(shù)量，其次是它們的結合界面、成型工藝等。(1)比強度和比剛性：復合材料一直向著輕量、高強度、高剛性的方向發(fā)展。材料的比強度和比剛性分別是強度(

)和剛性(E)與比重(

)的比值（

/

,E/

）。它表示了單位重量的材料特性，常用來作為比較不同材料間性能的指標。比強度=強度/比重比強度量綱=（g/cm2）/(g/cm3)=cm86材料密度g/cm3抗拉強度103MPa彈性模量105MPa比強度107cm比模量109cm鋼7.81.032.10.130.27鋁合金2.80.470.750.170.26鈦合金4.50.961.140.210.25玻璃鋼2.01.060.40.530.20碳纖維/環(huán)氧1.451.501.41.030.97有機纖維/環(huán)氧1.41.40.81.00.57硼纖維/環(huán)氧2.11.382.10.661.0硼纖維/鋁2.651.02.00.380.57各種材料的比強度和比模量87

(2)耐熱性：

在復合材料的發(fā)展中，另一個重要的目標是耐熱性的提高。從高分子基復合材料向金屬基復合材料的轉移就是為了適應這一需求。即使是在高分子基復合材料領域，也由原來的環(huán)氧樹脂向著高耐熱性樹脂或PEEK(Poly-ether-ether-keton)、PES(Poly-Ether-Sulphon)等耐熱熱塑性樹脂發(fā)展。PMC（樹脂基）為450K，MMC（鋁基）為600K，CMC（碳基）為2300K。在復合材料領域，陶瓷基復合材料的極限耐熱溫度是很高的，這主要是由于陶瓷本身就具有高的耐熱性。在進行復合化時，除保持其高耐熱性、高剛性和一定程度的高強度之外，還應力爭獲得其它方面的優(yōu)異性能。88復合材料具有良好的高溫性能：聚合物基復合材料的最高耐溫上限為350

C；金屬基復合材料按不同的基體性能，其使用溫度在350

1100

C范圍內(nèi)變動；陶瓷基復合材料的使用溫度可達1400

C；碳/碳復合材料的使用溫度最高可達2800

C。89

3、良好的尺寸穩(wěn)定性：加入增強體到基體材料中不僅可以提高材料的強度和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復合材料中增強體的含量，可以調(diào)整復合材料的熱膨脹系數(shù)。

4、良好的化學穩(wěn)定性：聚合物基復合材料和陶瓷基復合材料。

陶瓷基和樹脂基>金屬基

5、良好的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性：陶瓷基復合材料的脆性得到明顯改善

6、良好的功能性能90應用實例：聚合物基復合材料：基體一般為有規(guī)結構，如半結晶PP，熔點為176度；增強體為：廉價的玻璃纖維，無機填料；造粒后，纖維的體積分數(shù)一般小于40%；復合材料的性能比純PP的性能提高一倍左右，同時收縮率下降，熱變形溫度可以達到150度。材料豐富且力學、電性能良好，廣泛用于汽車、家電、儀表等工業(yè)。91實例：

PA66+玻璃纖維和氈，提高力學性能、耐熱性能等，并保留本身的韌性、耐磨、自潤滑性、耐油、耐化學腐蝕等。如復合PA，用于汽車車殼的部件、油箱、中小型齒輪、汽車零部件。實例：金屬基復合材料目前由于加工工藝不夠完善，成本較高，還沒有形成大規(guī)模批量生產(chǎn)，但有很大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。例如?0%碳化硅顆粒增強的6061鋁合金，強度從310MPa提高到496MPa，模量從68GPa提高到103GPa；同時，耐磨性、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性能也得到了提高。92無機非金屬基復合材料：包括了陶瓷基、碳基和水泥基。該類目前的產(chǎn)量雖然尚不大，但前兩者（陶瓷、碳基）為耐高溫及高力學性能的首選材料，碳/碳復合材料為目前耐溫度最高的材料，水泥基則在建筑材料中越來越顯示了重要性。陶瓷基又分為：陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷。氮化硅高溫陶瓷作為基體，碳化硅晶須補強，提高韌性，從9.0MPa/m2到12.0MPa/m2,可用于1350度的噴氣渦輪發(fā)動機的轉子與定子的葉片，以及發(fā)動機部件、刀具、軸承等。9394959697第一代第二代第三代氧化鋁纖維玻璃纖維硼纖維碳纖維芳族聚酰胺晶

須+

高韌性高彈性

輕量

耐熱性工程塑料環(huán)境擴大碳化硅纖維金

屬陶

瓷石

墨泡沫材料混凝土石

膏功能復合材料延伸與韌性氧化鋁纖維石墨纖維功能化定向凝固共晶自增強塑料擴散接合表面處理CVD(化學氣相沉積)CVI(化學氣相滲透)

CIP,HIP

-SiC

-Al2O3Si3N4石墨聚

脂金屬纖維聚酰亞硝胺98發(fā)展簡史：40年代玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）出現(xiàn)60年代金屬基復合材料出現(xiàn)80年代陶瓷基復合材料出現(xiàn)復合材料舉例：玻璃鋼（印刷電路板），輪胎（纖維增強橡膠）雷達罩（玻璃纖維增強樹脂）火箭鼻錐（碳纖維/樹脂）（碳/碳復合材料）人造衛(wèi)星天線（碳纖維/鎂合金）航天飛機框架（硼纖維/鋁合金）網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、釣魚桿、雪橇－休閑汽車活塞、連桿、自行車飛輪等－民用工業(yè)面廣尖端99復合材料目前狀況（１）玻璃鋼和樹脂基復合材料

非常成熟廣泛的應用

（２）金屬基復合材料

開發(fā)階段某些結構件的關鍵部位（３）陶瓷基復合材料及功能復合材料等尚處于研究階段有不少科學技術問題有待解決100航空航天電子信息建筑汽車農(nóng)業(yè)生物材料體育運動復合材料

應用舉例101航空航天R-4直升機旋翼材料結構技術經(jīng)歷了幾個階段：40年代至50年代為金屬木翼混合結構，50年代中期至60年代中期為金屬結構，60年代中期至70年代中期為玻璃纖維結構，70年代中期以后發(fā)展成為新型復合材料結構。西科斯基身后是他造的r-4直升機102速度為音速5倍的超音速和高超音速客機能容納250位乘客。由于速度快，飛機外殼將發(fā)熱到350攝氏度，因此要用復雜的碳復合材料來代替原有的材料。飛機需要的燃料將由液體甲烷或液氫代替煤油，加注一次燃料可以飛行1.6萬千米。預計2030年這種飛機可以投入使用。(俄羅斯)103印度研制成功高級輕型直升機，它采用合成材料，如玻璃纖維環(huán)氧樹脂合成材料，芳族聚酰胺纖維環(huán)氧基樹脂合成材料等。飛機的主要旋轉翼由合成材料制成，飛機生存性能大大提高。此種直升機航速可達250千米/小時，飛機重量約4000千克，總壽命4000小時，實際上很可能長達5000飛行小時。這是一種新研制成功的輕型飛機

104

俄羅斯蘇霍伊軍事工業(yè)集團制造的S－37“金雕”前掠翼戰(zhàn)斗機。是俄羅斯采用新材料和新技術的主要試驗機型。S-37“金雕”同時采用了特殊的高級碳纖維復合材料，比常用的鋁合金要輕20％。據(jù)說機翼還能夠彎曲。

105F—22在機體上廣泛使用含熱塑(12%)和熱作用(10%)的聚合復合材料(KM)。在批生產(chǎn)的飛機上使用復合材料(KM)的比例(按重量)將達35%。戰(zhàn)斗損耗率在十年后僅為F—15的二十分之一，維護人員將減半，一個中隊20年中的維持成本將比F—15少5億美元。

106法國新型第四代“陣風”(Rafale)雙發(fā)多任務戰(zhàn)斗機，采用前置鴨翼、后掠三角翼和單垂尾氣動布局，大量采用復合材料?！瓣囷L”戰(zhàn)斗機機身結構采用復合材料常規(guī)半硬殼式結構機身的50%采用碳纖維復合材料。后機身為碳纖維復合材料，機頭整流罩和噴管整流罩為聚芳酰胺纖維復合材料。起落架及發(fā)動機艙門為碳纖維復合材料。

107印度LCA輕型戰(zhàn)斗機

“光輝”式戰(zhàn)斗機計劃的主要技術目標之一就是最大限度地使用復合材料，在批量生產(chǎn)的戰(zhàn)斗機上復合材料重量可能將占到整個機身重量的40%以上。這對降低飛機空重、提高載重量及推重比而言非常重要。

108中國國產(chǎn)第四代

戰(zhàn)機

探密

機身許多部位采用碳纖維和玻璃纖維等復合材料，具有重量輕、強度大、耐高溫、抗疲勞的優(yōu)點；還可間接改善飛行性能，降低雷達波反射。大量使用強度大、重量輕的合金和硬質(zhì)碳纖維和玻璃纖維復合材料。各型復合材料的使用量將占整機材料的20％－40％。普遍使用高性能復合材料等新型材料，以降低自身重量，增大發(fā)動機的推重比。新型材料一般是指添加了石墨的碳纖維復合材料和添加了鈦、鎂或鋰的鋁合金材料。109TAG公司推出全復合材料機體無人直升機

這種新型直升機采用全復合材料機體，在它們的結構和設計上具有獨特性。這種全復合材料機體對于垂直起落無人機尚屬首次。復合材料結構使該無人直升機具有極輕的重量和極高的強度，從而使它們性能先進、有效載荷大和耐航性長。110火箭運載火箭的構造中推進劑貯箱段用材要求越輕越好，還要有盡可能高的強度，不易破裂，一般多采用高強度鋁基復合材料制成。中國“長征”2號e的有效載荷艙

111液體火箭發(fā)動機主要由燃燒室和噴管、渦輪泵和活門自動器等三大部分組成。燃燒室和噴管可使推進劑在室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生3000攝氏度以上的高溫和30—200個大氣壓的高壓氣體，高速從噴管噴出，形成強大的推力。這些結構要承受如此的高溫、高壓必須采用高強度的耐熱復合材料，并附有強冷卻系統(tǒng)。

阿麗亞娜航天公司研制的“阿麗亞娜”火箭上的一級助推器的冷卻系統(tǒng)，由德國為其制造112未來航天飛機什么樣?

航天飛機集火箭、衛(wèi)星和飛機的技術特點于一身，能像火箭那樣垂直發(fā)射進入空間軌道，又能像衛(wèi)星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再進入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。開發(fā)了一種新型的氣塞式火箭推動器，以使飛行器以18倍音速的速度飛行，同時，為減輕重量，采用新式的質(zhì)量較輕的復合材料制造。

113我國成功利用復合材料制造衛(wèi)星實現(xiàn)衛(wèi)星瘦身

航空航天器應用復合材料，既可獲得金屬般的剛度和強度，又可大大減輕自身的重量。20世紀80年代中期，復合材料開始應用于我國衛(wèi)星的研制中。衛(wèi)星承力筒是衛(wèi)星內(nèi)部的一個圓柱形結構件，它承載著衛(wèi)星的全部重量。20世紀80年代，我國自行設計制造的東方紅三號通信衛(wèi)星，是首次把復合材料用于主承力筒結構的衛(wèi)星。114泡沫材料摧毀"哥倫比亞"號獲新佐證

美國“哥倫比亞”號航天飛機事故調(diào)查委員會近日公布的測試結果，為泡沫材料撞擊導致該航天飛機解體墜毀提供了新證據(jù)。“哥倫比亞”號發(fā)射升空后不久，其外部燃料箱外的泡沫材料發(fā)生脫落，并擊中航天飛機左翼。事故調(diào)查人員已基本認定，“哥倫比亞”號左翼出現(xiàn)孔洞，使得超高溫氣體進入，最終導致這架航天飛機在重返大氣層時解體墜毀。有關技術人員的最新測試顯示，泡沫材料撞擊確實有可能造成航天飛機機翼產(chǎn)生孔洞。115能源,信息

電子信息材料發(fā)展趨勢

光電子材料向納米結構、非均值、非線性和非平衡態(tài)發(fā)展。光電集成將是21世紀光電子技術發(fā)展的一個重要方向。光電子材料是發(fā)展光電信息技術的先導和基礎。材料尺度逐步低維化----由體材料向薄層、超薄層和納米結構材料的方向發(fā)展，材料系統(tǒng)由均質(zhì)到非均質(zhì)、工作特性由線性向非線性，由平衡態(tài)向非平衡態(tài)發(fā)展是其最明顯的特征。信息傳感材料是具有信息獲取、轉換功能的材料，包括多種半導體、功能陶瓷、功能高分子和光纖材料。與早期的機械結構和電氣結構型傳感器相比，體積小、生產(chǎn)成本低。設計、合成具有新的物理、化學敏感功能，特別是具有生物和復合功能的新材料，進一步提高材料的敏感度和反應滯后及恢復速度，是追求的主要目標。116充分利用太陽能的新材料太陽能取之不盡，用之不竭關鍵在于轉化效率現(xiàn)在的光電材料的轉化率僅約12％如果能夠提高到50％……117澳新型聚光太陽能光伏

發(fā)電裝置光電轉換率達35%

相對便宜的太陽能電池板往往效率很低，無法生產(chǎn)出足夠的電能；而高效的太陽能電池板卻又十分昂貴，無法在普通消費者中推廣?！熬G金能源”公司研制的“太陽球”很好地解決了這一問題----它可為那些生活在山區(qū)的居民提供充足且廉價的電能。據(jù)介紹，“太陽球”使用的光電轉換裝置的工作效率高達35％，并且其面積只有大約1平方厘米。118“提高了量產(chǎn)性”日本斯大精密展出燃料電池新微型泵

在2005年11月9日～11日于日本科學技術館舉行的“第16屆微機械展”上，日本斯大精密（StarMicronics）展出了面向筆記本電腦的設想用于燃料電池的燃料供給等的微型泵。除改變了膜片及閥門使用的材料外，還通過改進內(nèi)部構造，增加了無需改變外形尺寸即可提高最大流量的型號。

材料方面，膜片采用COC(環(huán)烯烴共聚物)樹脂，閥門采用EPDM(三元乙丙)橡膠。而原來所有部件使用的均是聚丙烯樹脂。與聚丙烯樹脂相比，COC樹脂及EPDM橡膠材料在成形后形狀的穩(wěn)定性較高，提高了產(chǎn)品的成品率。要想實現(xiàn)燃料電池的實用化，就需要提高燃料供給用的微型泵的量產(chǎn)性，因此在材料上加大了研究力度。119壓水核電站氣冷核反應堆

核聚變反應器的第一壁材料120風能有望成為中國第三大發(fā)電電源

如果充分開發(fā)，中國有能力在2020年實現(xiàn)4000萬千瓦的風電裝機容量，風電將超過核電成為中國第三大主力發(fā)電電源。截至2004年底，中國有43家風電場，安裝1291臺風力發(fā)電機組，并網(wǎng)風力發(fā)電裝機容量為76萬千瓦，名列世界第十，亞洲第三。過去三年中，中國風電裝機容量增長速率逐年遞增，分別為16.4％、21.1％和34.7％。121風力發(fā)電葉片最大尺寸:每個葉片的重量為50噸.122電纜橋架123交通運輸汽車城市交通124汽車工業(yè)用新型復合材料技術

歐文康寧（Owens

Cornig）公司汽車開發(fā)業(yè)務部和拜耳（Bayer）公司聚氨脂部聯(lián)手開發(fā)玻璃纖維增強聚氨脂復合材料，代替汽車結構件上的傳統(tǒng)材料。

為擴大復合材料在汽車領域中的應用提供了一種新的途徑。已經(jīng)用整體模塑復合材料卡車箱證明了這種復合材料是替代傳統(tǒng)金屬制品的一種新途徑，這種卡車箱已經(jīng)在GM

Silverado上得到大規(guī)模應用。

這種卡車箱比金屬輕而且也更耐用，能為汽車制造商降低成本，而且性能使用戶受益。希望下一步在汽車設計中用其代替金屬作結構件。125汽車儲氣罐126納米復合材料用于汽車業(yè)

現(xiàn)在，塑料納米復合材料已經(jīng)廣泛用來用來制備汽車部件。美國Nobel聚合物公司生產(chǎn)的含6%納米粘土的PP納米復合材料，已替代30%玻纖增強PP復合材料，用于制造Honda（本田）汽車公司2004年推出的AccuraTL型轎車的座位支架。該公司今年納米復合材料的銷售目標為3000－4000噸。美國南方粘土公司也已開始向GM（通用汽車）公司供應納米復合材料，用于做汽車外飾件。Basell（巴塞爾）公司開發(fā)的PP納米復合材料則已用于Impala牌汽車的邊板部件。127回顧百年汽車之最

最節(jié)油的汽車1994年，日本本田汽車公司的一個汽車科研小組，創(chuàng)造了世界節(jié)油新紀錄：僅耗1升汽油而行駛了3000公里的路程。該車裝用排量為0.043升的單缸發(fā)動機，車身由超輕型碳纖維增強復合材料制成，整個汽車自重僅28公斤。世界上最美的汽車

05年10款最昂貴汽車

比五星級酒店更豪華的超級房車

奧迪A8L6.0W12Quattro防彈車

全球最冷門超級跑車

128汽車業(yè)發(fā)展依靠三大“法寶”

汽車的未來靠新材料支撐

環(huán)保、輕質(zhì)、節(jié)能是未來汽車發(fā)展主題，汽車的未來靠新材料支撐，新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的節(jié)能技術，已成為當前全球汽車工業(yè)的開發(fā)研究熱點，汽車輕量化也成為當前汽車技術的主要發(fā)展方向。研究表明，轎車重量減輕10％，燃油消耗可減少6％。減輕汽車的自重，是降低油耗、節(jié)約能源、減少汽車排放的最有效途徑。汽車輕量化水平的高低已成為汽車行業(yè)競爭力強弱的標志，成為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心問題，而要實現(xiàn)輕量化新材料在自主開發(fā)車型中的應用，必須掌握汽車新材料的設計、成型、焊接、涂裝等技術。汽車材料是汽車品質(zhì)的基礎，汽車技術的發(fā)展在很大程度上依托于汽車材料的發(fā)展。要研制更經(jīng)濟的汽車，就必須使用更輕便的材料，這已經(jīng)成為汽車界的一種共識。這幾年，鋁合金、高強度鋼、合成材料等等在汽車中的應用越來越廣泛。21世紀的汽車工業(yè)中，材料將會取得突飛猛進的發(fā)展，材料技術將推動汽車工業(yè)的發(fā)展，目前一批新型汽車材料如稀土金屬、記憶金屬、泡沫鋁材、稀土永磁材料、高性能復合材料等在快速發(fā)展的汽車工業(yè)中已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。材料技術如果不發(fā)展，汽車技術就得不到快速發(fā)展。129車站130樹脂基復合材料在建筑工業(yè)中的應用

樹脂基復合材料的建筑性能

（1）材料性能的可設計性樹脂基復合材料的性能可根據(jù)使用要求進行設計，如要求耐水、防腐、高強，可選用樹脂基復合材料。由于樹脂基復合材料的重量輕，制造方便，對于大型結構和形狀復雜的建筑制品，能夠一次成型制造，提高建筑結構的整體性。

（2）力學性能好樹脂基復合材料的力學性能可在很大范圍內(nèi)進行設計，由于選用的材料不同，增強材料的鋪設方向和方向差異，可以獲得性能判別很大的復合材料，如單向玻纖增強環(huán)氧復合材料的拉伸強度可達1000MPa以上，比鋼（建筑鋼）的拉伸強度還高，選用碳纖維作增強材料，制得的樹脂基復合材料彈性模量可以達到建筑鋼材水平，而其密度卻比鋼材小4～5倍。更為突出的是樹脂基復合材料在制造過程中，可以根據(jù)構件受力狀況局部加強，這樣既可提高結構的承載能力，又能節(jié)約材料的減輕自重。131樹脂基復合材料的建筑性能

（3）裝飾性好。樹脂基復合材料的表面光潔，可以配制成各種鮮艷的色彩，也可以制造出不同的花紋和圖案，適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術雕塑等。

（4）透光性。透明玻璃鋼的透光率達85%以上（與玻璃相似），其最大特點是不易破碎，能承受荷載。用于建筑工程時可以將結構、圍護及采光三者綜合設計，能夠達到簡化采光設計，降低工程造價之目的。（5）隔熱性建筑物的作用是能夠防止由熱傳導、熱對流引起的溫度變化，給人們以良好的工作和休息環(huán)境。一般建筑材料的隔熱性能較差，例如普通混凝土的導熱系數(shù)為1.5～2.1W(m·K)，紅磚的導熱系數(shù)為0.81W(m·K)，樹脂基復合材料的夾層結構的導熱系數(shù)為0.05～0.08W(m·K)，比普通紅磚小10倍，比混凝土小20多倍。

132樹脂基復合材料的建筑性能（6）隔音性隔音效果好壞是評價建筑物質(zhì)量的標準之一。但傳統(tǒng)材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度較大，隔熱性差，運輸和安裝困難。樹脂基復合材料的隔音性能雖然不很理想，但它有消逝振動音波及傳播音波的作用，經(jīng)過專門設計的夾層結構，可達到既隔音又隔熱的雙層效果。（7）電性能玻璃鋼具有良好的絕緣性能，它不受電磁波作用，不反射無線電波。通過設計，可使其在很寬的頻段內(nèi)都具有良好的透微波性能，對電通訊系統(tǒng)的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷達天線罩和各種機房。（8）耐化學腐蝕玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機溶劑及海水腐蝕作用的能力。特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。

（9）透水和吸水性玻璃鋼吸濕性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。133塑木復合材料在園林建筑中的應用

木材，和土、石一樣，可能是人類最早拿來建造房屋，修路搭橋時使用的材料，直到現(xiàn)在，因為材料的易得，靈活的加工特性和天然的特質(zhì)，木材，仍然是園林建筑工程中不可缺少的材料之一。但作為天然高分子材料，在自然環(huán)境，尤其是和水接觸或處在潮濕環(huán)境中時，空氣的流動、溫度的變化、微生物的腐蝕，會讓木材很快腐蝕，喪失起使用功能。人們?yōu)榱搜娱L木制品的使用壽命，不得不進行烘干、防腐、油漆扽二次處理，大大增加了維護成本。WPC因為有塑料的介入，隔離了木質(zhì)組分和環(huán)境的接觸，從根本上克服了木材這一缺點，國內(nèi)外的WPC公司，據(jù)稱其產(chǎn)品可保10－50年，在潮濕環(huán)境和近水環(huán)境中，WPC迅速地被關注和使用。上個世紀末，美國海軍投入了大筆費用，研制了用于港口、碼頭的塑木護欄材料，揭開WPC在近水建筑使用的序幕。日本將WPC用于浴室鋪板，是WPC適應潮濕環(huán)境的范例。在海濱、湖泊、河道旁邊，WPC材料的大量使用，構建了眾多美侖美奐的建筑案例。

134塑木復合材料的突出優(yōu)勢

1、理化性能:塑木復合材料的物理性能可與硬木相媲美，而其防水、防蟲蛀、耐化學品腐蝕性以及耐侯性是一般木材無可比擬的。

2、加工性能:塑木復合材料可以根據(jù)需要制作成較大的規(guī)格以及十分復雜的形狀，這些非人工所能及；并通過無機顏料制作需要的顏色，不需要油漆。

3、性價比:塑木復合材料操作簡便，免維護，使用壽命是木材的5倍以上，年均使用費用僅為木材的1/2~1/3。

135塑木復合材料的環(huán)保性能

1、原材料:充分回收利用了塑料和木纖維，消除白色污染，減少浪費；

2、無毒害:經(jīng)過170℃高溫加工，且不使用油漆等，產(chǎn)品無毒無害；

3、可回收:到了使用年限后，材料可以重新回收利用，沒有二次污染。

136137138西歐復合材料在建筑上的應用概況

西歐復合材料在建筑上的用途以建筑電氣和屋面材料為主，這一點與日本以衛(wèi)生設備為主不同。下面是西歐復合材料在各種建筑用途中的比例：

建筑電氣：23%

屋面材料：20%

工業(yè)基礎設施：19%

衛(wèi)生設備：11%

其它用途：9%

地面覆面材料：8%

建筑物立面貼面材料：6%

裝飾和建筑學用途：4%

此外，玻璃纖維增強聚酰胺復合材料的應用以汽車為主，它的市場份額超過55%，其次是電氣、電子工業(yè)和家用器具工業(yè)。這三項用途占玻璃纖維增強聚酰胺復合材料全部用途的95%以上。139爬梯140農(nóng)業(yè)

復合材料大棚骨架是多種化工原料機制而成，具有鋼的質(zhì)量。竹桿的韌性。又有塑料般的防水性能和柳條般的彎曲弧度。骨架堅固耐用，耐潮、耐腐蝕，抗老化。它較鋼架不生銹。較竹木堅固耐用，尤其是克服了鋼架的糊炕和銹水滴落菜心．花心現(xiàn)象，使棚內(nèi)收成加大，更延長塑料膜的壽命，增加了大棚的安全性。

復合材料大棚骨架，用途廣泛。不僅用于蔬菜大棚，種植、養(yǎng)殖，還可用于草原蒙古包的搭建等。骨架，可按所需跨度定形生產(chǎn)，可生產(chǎn)直桿．隨時彎，便于運輸安裝。接產(chǎn)單位或個人，中心可去技術人員實地安裝機械；調(diào)試生產(chǎn)，直到出合格產(chǎn)品。141蔬菜大棚142新型復合材料大棚支架一種硬度勝過水泥、韌度強過竹子、使用壽命比金屬更長、易運輸、易安裝的新型復合材料大棚支架，研制成功并投入使用，這種造價低廉、生產(chǎn)安裝簡單、堅固耐用、抗凍耐熱、耐水防腐的大棚支架，采光面積大，升溫快，保溫久，比普通大棚溫度高3℃～5℃，填補了國內(nèi)大棚開發(fā)應用方面的空白。通過廣泛考察，多方取經(jīng)，博采眾長，吸納各種支架的科學、合理因素和設計構造特點，經(jīng)過反復的對比、分析、實驗，在高新技術的應用上找到了突破口，選用10多種市場上易購易得的化工原料，經(jīng)科學配方，嚴密設計，合理加工而成，其強度、硬度、耐壓、張力、拉力、耐腐蝕、耐水、防凍等各項指標均符合生產(chǎn)要求，使用壽命10～15年，比鋼架還長，且生產(chǎn)成本低廉，所有模具、配方、機械設施總投資不超過5千元，每667m2大棚支架只需2千多元，適用于普通農(nóng)民反季節(jié)栽培瓜菜、花卉、林果、樹，是目前國內(nèi)較為理想的大棚支架。143生體材料

美國防務青睞十大技術

先進多功能材料技術：高分子纖維材料、納米材料等多種新型材料的使用正在極大地提高士兵生存力和戰(zhàn)場適應力。如今已有的功能各異的各種作戰(zhàn)服就是最好說明。據(jù)英國《新科學家》雜志透露，美國的阿拉莫斯國立實驗室已經(jīng)研制出了一種新型智能防護衣。這種防護衣在具有放射性和有毒性的生物介質(zhì)中會自動發(fā)出報警信號。專家們預測，未來幾年內(nèi)先進的多功能材料將進一步被使用。例如，變色纖維能更準確地根據(jù)特殊場所、季節(jié)和時間進行偽裝。輕型復合材料將改進人體裝甲并拯救生命。遠程生理狀況監(jiān)視將使指揮人員能夠了解士兵的確切身體現(xiàn)狀。研究者也在探索能夠增強士兵體力的技術。144生物醫(yī)用材料的研究進展

復合生物材料，有效解決材料的強度、韌性及生物相容性問題，目前研究較多的是：合金、碳纖維/高分子材料、無機材料開發(fā)新型醫(yī)用合金材料,生物適應性優(yōu)良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代鈦合金中有毒性的Al、V等，生物親和性顯著提高，,耐蝕及機械性能也有較大改善，在脊椎校正、斷骨固定等方面有特殊的應用。以納米顆粒作為藥物和基因轉移載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結合，在細胞攝取作用下進入細胞內(nèi)，實現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。

145可植入人體骨內(nèi)的高分子復合材料

目前使用的骨折內(nèi)固定材料主要是金屬材料和進口高分子材料。金屬材料存在骨組織的力學性能不匹配、須二次手術取出和易感染等缺陷，而進口高分子材料則由于在X光下不易顯影以及價格昂貴等原因未能在國內(nèi)推廣。研究利用國產(chǎn)原料制備出聚乳酸/羥基磷灰石（PDLLA/HA）復合材料，不僅具有良好的生物相容性和一定的力學強度，而且克服了同類材料在普通X光下不顯影的弱點。近兩年來，解放軍203醫(yī)院“服乳酸/羥基磷灰石可吸收固定件手術治療關節(jié)周圍松質(zhì)骨骨折”19例臨床療效較為理想：全部病例骨折均固定至愈合無移位，無傷口感染，肢體功能恢復良好。146證實能與動物骨骼一起生長

人造骨復合材料將在人體進行臨床實驗

研制的人造骨復合材料，證實能夠有效地與動物體內(nèi)的骨骼生長在一起。

中央醫(yī)院進行的一項動物臨床實驗顯示，移植入豬只大腿骨的復合材料(composite)已經(jīng)和骨骼組織生長在一起。

在另一個實驗中，復合材料被植入脊椎骨之間，以取代損壞的椎間盤。醫(yī)生解剖了豬只后發(fā)現(xiàn)，復合材料也充分發(fā)揮了人造椎間盤的角色。

147體育運動

復合材料“造就”奧運會冠軍

奧運會冠軍人人敬佩，但很少有人想到他(她)們使用的高科技體育器材的作用，環(huán)氧復合材料就是其中重要的一種，它曾“造就”奧運冠軍。

體育用品材質(zhì)的優(yōu)劣對于提高運動成績的作用是人所共知的。如今，很多運動如自行車、羽毛球、高爾夫和滑雪等，其設備制造商常常利用先進材料提升產(chǎn)品性能，從而實現(xiàn)運動成績的提高。在悉尼奧運會上，美國花220萬美元，由技術專家和體育用品廠商來設計新的運動體育用品，以鞏固其在世界競技體育上的領先地位。

如獲得男子自行車公路賽冠軍的德國著名車手烏爾里希的“坐騎”是用碳纖維環(huán)氧復合材料做的支架，質(zhì)量僅7.5千克。碳纖維環(huán)氧增強塑料復合材料除了能做羽毛球拍、網(wǎng)球拍外，在其他體育用品方面也有體現(xiàn)，比如高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿以及復合材料賽車、游艇等。148體育用品考驗復合材料

資料顯示，目前體育用品產(chǎn)業(yè)是僅次于國防工業(yè)率先使用先進塑料復合材料最多的產(chǎn)業(yè)。上世紀70年代以前，羽拍的材料幾乎全是木材和鋼管的天下，后來采用了鋁合金，而如今完全是新材料的世界，如高強度碳纖維增強塑料復合材料等，因為這些材料更輕、更強、更耐用，也能吸收更多的振動，同時讓球拍制造商在球拍的硬度、球感、擊球性能的設計上有更大的發(fā)揮空間。149碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料的比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結構材料中幾乎是最高的。在強度、剛度、質(zhì)量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優(yōu)勢。一只用碳纖維增強塑料復合材料生產(chǎn)的網(wǎng)球拍，質(zhì)量僅為200克，只有木質(zhì)球拍的一半。碳纖維增強塑料復合材料除了能作羽毛球拍、網(wǎng)球拍外，在其他體育用品方面也有體現(xiàn)，比如高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿以及復合材料賽車、游艇等。在足、籃、排三大球身上，我們也會捕捉到復合材料的身影。2002年世界杯的指定用球-----‘飛火流星‘就采用了拜耳公司研制的聚氨酯合成泡沫制作。另外，球體的外層是用一種特別耐磨的聚氨酯材料制成的，使得球體能夠在特別惡劣的條件下使用。150151152153154空中翻轉身體粉色裝束上陣上下翻滾如銀狐如蛟龍從天而降155156157158我國復合材料的現(xiàn)狀

我國于1958年即開始建立復合材料工業(yè)，當時也是以軍工需要為主，由此推動了玻璃纖維增強聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂的通用復合材料問世，70年代又開始發(fā)展以碳纖維和芳酰胺纖維為增強體的先進復合材料，用以與“兩彈一星”配套。復合材料雖然受到有關國家部門的重視，但發(fā)展很不平衡，特別是原材料的配套問題更為突出，加上過去工業(yè)基礎薄弱所以迄今的總產(chǎn)量約為8萬噸，尚低于我國臺灣地區(qū)的產(chǎn)量，特別是先進復合材料更為遜色。然而在復合材料基礎研究方面，無論在寬度和深度上雖不能列為先進，但能與發(fā)達國家對話。在國際學術會議上能占靠前的席位，并受到一定的重視。159討論復合材料在21世紀應起的作用之前，應分析與預測人類在新的世紀面臨的問題、社會特點與重點需求。世界發(fā)展的趨勢是進入高信息化的社會，對生活質(zhì)量和健康水平的追求會更高。地球存在著非常嚴重的問題。環(huán)境污染地球溫室效應、臭氧層破壞、沙漠化、野生動物的滅絕人口膨脹清潔淡水、食物、可耕地能源枯竭石油、天然氣、煤、礦產(chǎn)等1.3復合材料在二十一世紀中應起的作用160

人類社會面臨的問題、社會特點、重點需求和我國的客觀實際。

1、對信息技術提供服務。信息技術包括信息獲得、信息處理、信息存儲、信息傳輸和信息執(zhí)行。信息獲得：獲信息主要依靠敏感器件的檢測，由各種換能材料組成，將外界信息（熱、聲、磁、輻射）等轉換成電信號，磁帶（軟質(zhì)磁材等）。161信息存儲：信息寫入、記錄、存儲、讀出所用的磁性材料，大都為軟磁、質(zhì)細粉混入聚合物基體中所制成的復合材料。信息傳輸：光導纖維、光纜護套為復合材料。信息執(zhí)行：除了光、聲、圖像外，更重要為機械動作上，信息指揮機械手及自動機械，運動部位結構材料低密度、高強度、高強度。162復合材料信息獲得敏感器件換能材料信息存儲磁記錄光記錄信息處理芯片封裝電路板信息傳播光導纖維導波管信息執(zhí)行機械動作高強高剛163

2、對提高人類生活質(zhì)量作出貢獻。要求：提出舒適性、安全性、健康水平。人類生活：衣、食、住、行。復合材料：間接：衣、食（紡織機械、農(nóng)棚支架、溫室透光板）直接：住、行改善舒適性：復合材料有輕質(zhì)高強、隔音隔熱、減震降噪等特點，舒適度提高；墻體、門窗、內(nèi)裝飾件、潔具，美觀耐用，隔音保溫。在交通運輸方面占其總量最大的份額，優(yōu)勢更加突出。164新進展：美國開發(fā)的超音速飛機，半數(shù)以上的結構材料為碳纖維增強復合材料。鐵路車輛、電動汽車準備采用復合材料保溫、降低噪音和減輕震動。日本采用碳纖維-酚醛樹脂復合材料，用于新干線的高速列車。提高安全性：復合材料抗沖擊韌性好，能吸收沖擊能量。目前復合材料用于車器保險杠及轎車的底版，主要利用其無可比擬的抗撞擊性能和彈性回復性能，車禍時能減少人體所受的傷害。165復合材料衣紡織機械食蔬菜大棚住建筑材料行交通工具改善舒適性輕質(zhì)高強、隔音隔熱墻體門窗、整體潔具飛機車輛、大小船艦高速列車的車體結構提高安全性抗沖韌性、吸收能量汽車保險杠轎車底板自診斷機敏復合材料高層建筑抗地政災害提高健康水平修復植入人造器官成分設計、調(diào)整應力生物相容性人工關節(jié)、夾骨板166提高人類的健康水平：人類病或傷殘后，對已損壞的臟器與骨骼進行修復和更換。人工骨骼：人工關節(jié)、骨釘、骨夾板由金屬轉為復合材料（如聚乳酸），避免了應力遮蔽效應，防止新生骨骼的骨質(zhì)萎縮和疏松。3、決資源短缺和能源微機人類的石油、天然氣、煤炭于下世紀枯竭，陸地原材料礦藏也陸續(xù)短缺，要加快從海洋中開發(fā)資源，從空間開發(fā)。

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在開發(fā)新資源和節(jié)約能源方面：光電池的框架復合材料最為理想；風力發(fā)電：葉片及