12级复合材料复合材料原理复习资料讲解.docx

1、12级复合材料复合材料原理复习资料讲解复合材料原理参考资料复合材料与工程 考试形式笔试闭卷 考试时间和地点 时间：2014年12月24日8:20-10:00 地点：材料学院 A108 题型与分数分布一选择题二填空题三简答题四论述题一、绪论1.复合材料：由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料）主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理

2、、化学功能。2.复合材料分类：A按基体分：B按照形态分：C按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。D按用途分类：结构复合材料：用于制造受力构件的复合材料。功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料3.复合材料的特点二、复合规律1颗粒强化和弥散强化原理：（1）弥散强化原理： 弥散强化复合材料是由弥散颗粒与基体复合而成。在聚合物基体中阻碍分子链的运动。dp为0.0010.1m。此时，载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍聚合物基体分子链的运动。微粒阻碍基体分子链运动能力越大，增强效果愈大。微粒的尺寸越小，在一定范围内，体积分数越高，强化效果越好。一般Vp为0.

3、010.15 。（2）颗粒强化原理颗粒增强复合材料是由尺寸较大（粒径大于1m）的坚硬颗粒与基体复合而成，其增强原理与弥散增强原理有区别。在颗粒增强原理复合材料中，虽然载荷主要由基体承担，但颗粒也承受载荷并约束基体的变形，颗粒阻止基体分子链变形的能力越大，增强效果越好。颗粒直径为150m，颗粒体积分数为5%50%2纤维增强原理增强纤维抗张强度明显高于基体,载荷主要由纤维承受. 基体与增强体界面黏结良好,当复合材料受载荷时,由基体将载荷传递给增强体,使增强体均匀受力.基体的塑性阻止裂纹的扩展. 纤维受力断裂时断口往往不出现在同一平面上,要使复合材料断裂,则必须将许多纤维从基体中拔出,克服基体对纤维

4、黏结力,使复合材料断裂强度明显提高.3.结构复合材料的复合原则包括方面：纤维应具有高强度和高模量. 基体材料具有一定塑性和韧性,对裂纹有致偏或抑制作用,能有效地保护纤维表面.增强纤维与基体之间能够形成具有一定结合强度比较完整的界面, 增强体的含量,尺寸及分布必须适宜.纤维与基体的热膨胀性能匹配. 纤维与基体的断裂伸长也要匹配.4.复合材料的复合效应线性效应非线性效应平均效应（最典型）平行效应（均保留本身的作用，既无制约，也无补偿）相补效应（基体和增强体，在性能上能互补，从而提高材料的综合性能）相抵效应：组分间性能相互制约,限制了整体性能的提高。相乘效应（两种具有转换效应的材料复合在一起）诱导效

5、应（通过诱导作用使另一组分材料的结构改变整体性能或产生新的效应）共振效应（在一定条件下会产生机械的或电的,磁的共振）系统效应5.根据“连通性”概念，例举五种常见的两相结构复合材料连通结构形态。“连通性”：复合体系的任何相，在空间的零维、一维、二维、或三维方向上是连通的。 孤立的颗粒 连通性为0 （零维材料）；纤维状材料 连通性为1 （一维材料）片状材料 连通性为2 （二维材料）；网络状连续材料 连通性为3 （三维材料）6.复合材料相结构产生的复合效果。A组分效果：在复合材料的基体和增强体的物理机械性能确定的情况下，仅仅把相对组成作为变量，不考虑组分的几何形态、分布状态和尺度等复杂变量的影响时产

6、生的效果。B结构效果a几何形态效果（形状效果）：该效果也可表示出相的连续和不连续效果；其决定因素是组成中的连续相。零维颗粒增强复合材料性能取决于基体，当分散相为一维连续相时，若其性质与基体有较大差异时，分散质的性能可能会显示出对复合材料性能的支配作用。b分布状态效果（取向效果）：1-3、2-2乃至3-3型复合结构，增强体的几何取向对复合材料性能有明显的影响。对于1-3型的结构，在增强体的轴向和径向，复合材料性能有着明显的差异，短纤维状的增强体在复合材料中分散状态，往往受到复合材料成形过程中剪切应力的影响。而对于2-3型和2-2型结构的复合材料，在增强体或功能体的平面平行方向和平面垂直方向上其性

7、能完全不同。C尺度效果：分散质尺度的大小，会导致其表面物理及化学性质的变化。诸如比表面、表面自由能以及它们在复合材料中的表面应力分布和界面状态，而使复合材料性能发生变化。例如：当SiO2粉末分散于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基体中复合材料。SiO2尺度500 nm(0.5m)，硅烷偶联剂处理的增强效果优于未处理的。SiO2尺度500 nm(0.5m)，不处理的优于处理的。分析：当其尺度OIBrClHF4.表面能是增加单位面积的表面所需要做的功表面张力：液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力表面处理方法很多，在线配套方法较少（阳极电解氧化、臭氧氧化法）5.阳极氧化水洗工

8、艺6阳极氧化评价方法7.臭氧氧化法：用于碳纤维表面处理的臭氧主要由臭氧发生器和紫外辐照灯提供。紫外灯常采用低压汞灯气液双效法是指液相涂布后空气氧化，使碳纤维的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度双双得到提高。8.碳纤维表面处理评价方法九、复合材料理论力学性能1.细观力学：根据增强体和基体性能及相互作用来了解复合材料（更多的是单向复合材料）的特性，用近似的模型来模拟复合材料的细观结构，然后根据复合材料组分的性能来预测材料的平均性能。宏观力学：依据单向复合材料的物理和力学试验所得到的结果来进行分析。即根据单向复合材料的纵向弹性模量E1、横向弹性模量E2、主泊松比12、面内剪切模量G12以及适当的强度平均值，用宏观力学方法来设计或预测复合材料的性能。细观力学主要是根据材料微区的细观行为来预测和了解这些“平均”性能，而不是获得精确的设计数据。但两方法均以复合材料的组分特性来确定复合材料的弹性模量和强度。2力学性能常数4.评价复合材料耐热性的方式：玻璃化转变温度，热变形温度