復(fù) 合 材 料 知 識

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1、復(fù)合材料緒　論w一、學(xué)習(xí)本課程的目的和意義w通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得復(fù)合材料開發(fā)和應(yīng)用的基本知識，拓寬學(xué)生的知識面。w二、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容w1、本課程的性質(zhì)：專業(yè)選修課。w2、本課程的任務(wù)w使學(xué)生了解復(fù)合材料的原材料、種類、性能特點、應(yīng)用領(lǐng)域，基本掌握其基本原理、生產(chǎn)工藝。w3、教學(xué)內(nèi)容w《復(fù)合材料》1～5章，補充一點水泥其復(fù)合材料w三、課程的有關(guān)情況w1、學(xué)時：32學(xué)時（第1～17周，12周金工實習(xí)）w2、教學(xué)參考書（TB類）：w（1）馮小明，張崇才．復(fù)合材料．重慶：重慶大學(xué)出版社，2007w（2）王榮國，武衛(wèi)

2、莉，谷萬里．復(fù)合材料概論．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001w（3）陳華輝，鄧海金，李明，林小松編著．現(xiàn)代復(fù)合材料．北京：中國物資出版社，1998w（4）吳人杰．復(fù)合材料．天津：天津大學(xué)出版社，2000w（5）王汝敏，鄭水蓉，鄭亞萍．聚合物基復(fù)合材料及工藝．北京：科學(xué)出版社，20041復(fù)合材料基礎(chǔ)1.1復(fù)合材料發(fā)展概況w1.1.1復(fù)合材料發(fā)展歷史w第一代，1940～1960，玻璃纖維增強塑料w第二代，1960～1980，發(fā)明了碳纖維和芳綸，發(fā)展高性能樹脂基（環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺樹脂）復(fù)合材料。w第三代，1980～1990，纖維

3、增強金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料。w第四代，1990年以后，多功能復(fù)合材料如智能材料、梯度功能材料、新型復(fù)合材料等。w1.1.2復(fù)合材料的性能特點w聚合物基復(fù)合材料：w（1）比強度、比模量大。比強度相當于鈦合金的3～5倍，比模量相當于金屬的4倍。w（2）耐疲勞性好。疲勞極限強度是抗張強度的70～80%，金屬僅為20～50%。w（3）減震性好。比模量高，具有高的自振頻率，很高的吸振能力。輕合金梁9s停止振動，復(fù)合材料2.5s。w（4）過載時安全性好。w（5）具有多種功能。耐燒蝕性，減摩性能，電絕緣性能，耐腐蝕性，特殊的光學(xué)、電學(xué)

4、、磁學(xué)性質(zhì)。w（6）良好的加工性能。w缺點：耐高溫、耐老化、強度一致性較差。w金屬基復(fù)合材料比強度、比模量大，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好，良好的抗疲勞性和斷裂韌性等。w陶瓷基復(fù)合材料提高抗彎強度、斷裂韌性。1.1.3主要用途w1．航空航天：飛機的垂直尾翼、水平安定面、方向舵、副翼、機身、機翼蒙皮等，火箭發(fā)動機殼體等。w2．交通運輸：魚雷快艇、掃雷艇、救生艇、游船等，汽車的車身、儀表盤、車門、座椅等，火車的車箱、車門窗、座椅等。w3．房屋建筑：衛(wèi)生潔具、冷卻塔、波形瓦、通風管道等。w4．電子工業(yè)：絕緣線路板、絕緣器材等。w5．機械

5、工業(yè)：各種機械部件等。風力發(fā)動機葉片。w6．化工設(shè)備：管道、泵、風機、容器、反應(yīng)釜等。w7．體育器材：撐桿、弓箭、賽車、賽艇、滑板、球拍、釣魚桿等。飛機w在波音777飛機上復(fù)合材料只占重量的9%，而在波音787上復(fù)合材料占到重量的50%，所采用的碳纖維增強塑料達到35噸。在波音787上大面積使用碳/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，減輕了飛機重量并使創(chuàng)新理念得以實現(xiàn)。機身、機翼等主承力構(gòu)件都采用復(fù)合材料。與其他同類飛機相比：w（1）更輕。飛機重量大大減輕，運行成本也大幅下降；w（2）更節(jié)能。節(jié)省20%的燃料，同時釋放更少的溫室氣體；w（3）噪音

6、更低。起飛和降落時的噪音要比其他飛機低60%；w（4）更耐用。使用期更長，檢修率要低30%。wA380約25%由復(fù)合材料制造，其中22%由各種不同的增強型塑料復(fù)合材料制成，大部分是碳纖維增強環(huán)氧樹脂(CFRP)。w波音787飛機空客380飛機及使用的新復(fù)合材料風力發(fā)電w至2010年底，中國全年風力發(fā)電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。按照規(guī)劃，2015年中國風電規(guī)模將達到1億千瓦，2020年將達2億千瓦，相當于11個三峽電站。w整個風電制造業(yè)可以分為：葉片、齒輪箱、發(fā)電機、

7、塔架、控制系統(tǒng)等主要零部件的生產(chǎn)體系。風電機組成本結(jié)構(gòu)中，葉片20%，齒輪箱15%，電機12%，軸承8%，塔架13%，機艙罩9%，控制系統(tǒng)8%，其他15%。葉片長幾十米，6MW海上風力發(fā)電機組葉片長66.5m。1.2復(fù)合材料的定義、命名和分類w1.2.1定義w復(fù)合材料：是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合而成的新型材料。w三個特點：1．組分之間存在明顯的界面。w2．各組元保持各自固有的特性，并產(chǎn)生原組分所不具備的特性。w3．具有可設(shè)計性。w1.2.2命名w（1）強調(diào)基體，以基體材料的名稱為主。如樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合

8、材料。w（2）強調(diào)增強材料，以增強材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復(fù)合材料、碳纖維增強復(fù)合材料。w（3）基體材料名稱與增強材料名稱并用，增強材料在前、基體材料在后，中間用“/”分開。如玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、碳/鋁復(fù)合材料等。1.2.3復(fù)合材料