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复合材料分类,命名,发展历程

来源 : 利来注册网站 发布时间:2013/07/30 10:25:53  阅读量:155 次

复合材料的定义

      复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组分材料虽然保待其相对独立性。但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和,而是有着重要的改进.在复合材料中,通常有一相为连续相。称为基体;另一相为分散相,称为增强相(增强体)。分散相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。分欣相可以是增强纤维,也可以是顺村状成弥散的坡料。

      从上述的定义中可以看出。复合材料可以是一个连续物理相与一个连续分散相的复合。也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合,复合后的产物为固体时才称为复合材料。若复合产物为液体或气体时,就不能称为复合材料。复合材料既可以保持原材料的某些特点,又能发挥组合后的新特征.它可以根据需要进行设什。从而最合理地达到使用所要求的性能。

 

 复合材料的命名

      复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法。比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名,一般有以下三三种情况:

      1.强调基体时.以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等.

      2.强调增强体时,以增强体材料的名称为主。如玻瑞纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料。

      3.基体材料名称与增强体材料名称并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料,习惯上将增强体材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后边。如“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”,或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”.而我国则常将这类复合材料通称为“玻璃钢“。

      国外还常用英文编号来表示,如MMC(MMC   Metal Matrix Composite)表示金属基复合材料,FRP( FRP   Fiber Reinforced Plastics)表示纤维增强塑料.而玻璃纤维/环氧则表示为“GF/Epoxy"或"G/Ep(G-Ep)”。

 

复合材料的分类

      随着材料品种不断增加,人们为了更好地研究和使用材料,需要对材料进行分类.材料的分类方法较多。如按材料的化学性质分类,有金属材料、非金属材料之分;如按物理性质分类,有绝缘材料、磁性材料、透光材料、半导体材料、导电材料等。按用途分类,有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。

      复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。

 

按基体材料类型分类

      聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制

成的复合材料。

      金属从复合材料以金属为基体制成的复合材料,如铝墓复合材料、铁基复合材料等。

      无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。

 

按增强材料种类分类

      玻璃纤维复合材料。

      碳纤维复合材料。

      有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。

      金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。

      陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。

      此外,如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合,即复合材料的“复合材料”。

 

按增强材料形态分类

      连续纤维复合材料作为分散相的纤维,每根纤维的两个端点都位于复合材料的边

界处。

      短纤维复合材料短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料。

      粒状填料复合材料微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料。

      编织复合材料以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合

材料。

 

 按用途分类

      复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。目前结构复合材料占绝大多数.

而功能复合材料有广阔的发展前途. 21世纪将会出现结构夏合材料与功能复合材料并重的

局面,而且功能复合材料更具有与其他功能材料竞争的优势。

      结构复合材料主要用做承力和次承力结构,要求它质量轻、强度和刚度高.且能耐受一定

溢度,在某种情况下还要求有膨胀系数小、绝热性能好或耐介质腐蚀等其他性能。

      结构复合材料按不同基体分类和按不同增强体形式分类如图1. 1、图1.2所示。

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,即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。

 

发展历程

由于复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”,极大地弥补了单一材料的缺点.产生单一材料所不具有的新性能。复合材料(Composite material)的出现和发展,是现代科

学技术不断进步的结果,也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点,按需要设计、复合成为综合性能优异的新型材料。可以预言,如果用材料作为历史分期的依据,那么未来的21世纪,将是复合材料的时代。

         纵观复合材料的发展过程,可以看到.早期发展出现的复合材料,由于性能相对比较低.生产量大,使用面广,可称之为常用复合材料。后来随着高技术发展的需要,在此基础上又发展出性能高的先进复合材料。20世纪40年代.玻璃纤维和合成树脂大最商品化生产以后,纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。同时相应地开展了与之有关的科研工作。至60年代,在技术上臻于成熟,在许多领域开始取代金属材料。随着航天航空技术的发展,对结构材料要求比强度、比模量.韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求,出现了高性能树脂基先进复合材料,标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属篆和陶瓷葵先进复合材料。对结构用先进复合材料,各技术发达国家均提出研制开发目标。如日本通商产业省制定的下一代材料工业基础发展计划(1981 - 1988).对复合材料提出的要求是:树脂基复合材料的耐热性不低于250度 ,拉伸强度达到2.5GPa以上;金属基复合材料的耐热性不低于450度,拉伸强度达到1. 5GPa以上。

         经过60年代末期使用,树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构.近年来义逐步进人其他工业领域。其增强体纤维有碳纤维、芳纶.或两者混杂使用.树脂基

主要是固化体系为1209度或170度的环氧树脂,还有少最聚酰亚胺树脂,以适应耐热性高达250度的要求。

         70年代末期发展的用高强度、高模量的耐热纤维与金属复合,持别是与轻金属复合而成金属基复合材料.克服了树脂基复合材料耐热性差和不导电、导热性低等不足。金属

基复合材料由于金属基体的优良导电和导热性,加上纤维增强体不仅提高了材料的强度和模量,而且降低了密度。此外,这种材料还具有耐疲劳、耐磨耗、高限尼、不吸潮、不放气和膨胀系数低等特点.已经广泛用于航天舫空等尖端技术倾域,是理想的结构材料。

        80年代开始逐渐发展陶瓷基复合材料,采用纤维补强陶瓷基体以提高韧性。主要目标是希望用以制造燃气涡轮叶片和其他耐热部件。

 





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