第3章復合材料基礎知識-584403116-259308884-196302367

第3章復合材料基礎知識1)復合材料發(fā)展2)復合材料的定義,分類,性能3)復合材料原材料4)復合材料的應用5)了解專用名詞6)研究內容與研究思路7)其它內容例子稻草泥磚,鋼筋混凝土,(鳥窩:燕子)木材,竹子,動物骨骼,人體血管塑料花神自然復合材料動物群鳥巢西藏第三章復合材料基礎知識

復合材料技術的出現(xiàn)是近代材料科學的偉大成就,也是材料設計技術的一個重大突破.

復合材料(Composite)一詞出現(xiàn)在20世紀50年代1復合材料發(fā)展發(fā)展過程：古代－近代－先進復合材料天然復合材料－竹、貝殼，樹木和竹子：纖維素和木質素的復合體在自然界中，存在著大量的復合材料，如竹子、木材、動物的肌肉和骨骼等。－動物骨骼：無機磷酸鹽和蛋白質膠原復合而成

從力學的觀點來看，天然復合材料結構往往是很理想的結構，它們?yōu)榘l(fā)展人工纖維增強復合材料提供了仿生學依據(jù)。

人類：使用、效仿古代中國人和猶太人用稻草或麥秸增強蓋房用的泥磚；且延用至今兩千年前，中國制造了防腐蝕用的生漆襯布；由薄綢和漆粘結制成的中國漆器(麻纖維和土漆復合而成)，至今已四千多年;也是近代纖維增強復合材料的雛形，它體現(xiàn)了重量輕、強度和剛度大的力學優(yōu)點。敦煌壁畫－－泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆優(yōu)勢互補的復合材料(棉衣)

在嚴寒的冬天，你穿上幾件單衣仍會感到刺骨的寒冷。這時，你如果穿一件棉衣便會感到全身上下暖烘烘的。俗話說，十層單不如一層棉。這是因為棉花、中空纖維、羽絨等具有蓬松的特點，內部藏有大量的空氣，具有良好的保溫作用。但是，如果不用布只用這些材料做棉衣，那就很不美觀，或者干脆做不成衣服。只有用布把這些保溫材料裹起來才能做成既結實又美觀，還可保暖的棉衣。

所以說，棉衣大概是人類最早開發(fā)利用的復合材料.近代復合材料以混凝土為標志的近代復合材料是在一百多年前出現(xiàn)的。后來，原有的混凝土結構不能滿足高層建筑的強度要求，建筑者轉而使用鋼筋混凝土結構，其中的鋼筋提高了混凝土的抗拉強度，從而解決了建筑方面的大量問題。近代，復合材料的發(fā)展始于20世紀40年代，第二次世界大戰(zhàn)中，為滿足軍用方面對材料力學性能的要求，人們開始研制新材料，玻璃纖維增強聚酯樹脂復合材料被美國空軍用于制造飛機構件開始算起。它的出現(xiàn)豐富了復合材料的力學內容。近代復合材料

50年代又出現(xiàn)了強度更高的碳纖維、硼纖維復合材料，復合材料的力學研究工作由此得到很大發(fā)展，并逐步形成了一門新興的力學學科──復合材料力學。

為了克服碳纖維、硼纖維不耐高溫和抗剪切能力差等缺點，近二十年來，人們又研制出金屬基和陶瓷基的復合材料。華人在復合材料的研究中做出了很多貢獻，

我國從1958年開始發(fā)展復合材料

第一代：1940年到1960年，玻璃纖維增強塑料第二代：1960年到1980年，先進復合材料

1965年英國科學家研制出碳纖維

1971年美國杜邦公司開發(fā)出開芙拉-491975年先進復合材料“碳纖維增強、及開芙拉纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料”用于飛機、火箭的主承力件上。第三代：1980年到1990年，碳纖維增強金屬基復合材料以鋁基復合材料的應用最為廣泛。第四代：1990年以后，主要發(fā)展多功能復合材料，如智能復合材料和梯度功能材料等。復合材料發(fā)展就復合材料本身來講UniversityofDelaware,USA.哈爾濱工業(yè)大學西北工業(yè)大學北京航天航空大學南京航空航天大學中南大學武漢理工大學清華大學2復合材料的定義UK:RICHARDSONUSA:HOLLIDAYCHINA:HUZHENWEICHINA:SICHANGXU北科大的院士復合材料的定義

復合材料是由兩種或多種性質不同的材料通過物理和化學復合，組成具有兩個或兩個以上相態(tài)結構的材料。

該類材料不僅性能優(yōu)于組成中的任意一個單獨的材料，而且還可具有組分單獨不具有的獨特性能。

復合材料最簡單、最常見的定義是：“復合材料是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的新材料”例如，中國南北朝時代發(fā)明的漆器就是典型的復合材料；中世紀歐洲武土們的頭盔也作成疊層結構以提高剛度與強度．近代復合材料的代表是木質膠合板與簾線增強橡膠制作的汽車輪胎等。復合材料的定義國際標準化組織：由兩種以上在物理和化學上不同的物質組合起來而得到的一種多相固體材料《材料科學技術百科全書》

：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。可以通過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)秀的性能，與一般材料的簡單混合有本質區(qū)別。復合材料的定義

《材料大詞典》

：復合材料是根據(jù)應用進行設計，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，使其性能互補，從而制成的一類新型材料?！恫牧洗笤~典》

：復合材料的特點之一是不僅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；特點之二是它的可設計性，通過對原材料的選擇、各組分分布的設計和工藝條件的保證等，使原組分材料的優(yōu)點互相補充，同時利用復合材料復合效應使之出現(xiàn)新的性能，最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢。對各種定義解釋總結，復合材料應包括：組元是人們根據(jù)材料設計的基本原則有意識地選擇，至少包括兩種物理和力學性能不同的獨立組元，其中一組元的體積分數(shù)一般不低于20％，第二組元通常為纖維、晶須或顆粒；復合材料是人工制造的，而非天然形成的。復合材料的性質取決于組元性質的優(yōu)化組合，它應優(yōu)于獨立組元的性質，特別是強度、剛度、韌性和高溫性能。復合材料應具備以下三個特點：

1）復合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面；2）復合材料中各組元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特殊性能；3）復合材料具有可設計性?？梢愿鶕?jù)使用條件要求進行設計和制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結構的效能。復合材料的組成與結構復合材料的結構通常是一個相為連續(xù)相，成為基體；而另外一相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中的分散相，它顯著增強材料的性能，故常稱為增強材料（增強體、增強劑、增強相等）。多數(shù)情況下，分散相較基體硬，剛度和強度較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。在基體和增強體之間存在著界面。特性在物理上,復合材料與均質各向同性材料的差別在于它的各向異性和非均質性材料與結構的同一性復合效應的優(yōu)越性材料性能對復合工藝的依賴性可以設計需要在細觀和宏觀兩個尺度上進行理論分析,由細觀量過渡到宏觀量先進復合材料（AdvancedCompositeMaterials,簡稱ACM）如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強材料，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體，制成先進復合材料（AdvancedCompositeMaterials,簡稱ACM）。這種先進復合材料具有比玻璃纖維復合材料更好的性能，是用于飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。3復合材料的種類結構復合材料主要作為承力結構使用的材料，由能承受載荷的增強體組元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結增強體成為整體材料同時又起傳力作用的基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構成。功能材料是指除力學性能以外還提供其它物理、化學、生物等性能的復合材料。包括壓電、導電、雷達隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。未來的功能復合材料比重將超過結構復合材料，成為復合材料發(fā)展的主流。

從功能方面結構復合材料的種類分類名稱說明分散相材料顆粒增強復合材料分散相為微小顆粒0.01－0.1微米-阻止位錯運動1-50微米-阻止變形或硬化纖維增強復合材料直徑近于晶體大小的纖維(玻璃纖維)基體相材料金屬基復合材料鋁基復合材料、鎂基復合材料非金屬塑料基，陶瓷基，橡膠基復合材應用范圍工程復合材料玻璃鋼（玻璃纖維增強復合材料）先進復合材料碳，硼，芳綸等纖維增強材料復合材料的分類按增強材料形態(tài)分類1、纖維增強復合材料：

a.連續(xù)纖維復合材料：作為分散相的長纖維的兩個端點都位于復合材料的邊界處；

b.非連續(xù)纖維復合材料：短纖維、晶須無規(guī)則地分散在基體材料中；2、顆粒增強復合材料：微小顆粒狀增強材料分散在基體中；3、板狀增強體、編織復合材料：以平面二維或立體三維物為增強材料與基體復合而成。其他增強體：層疊、骨架、涂層、片狀、天然增強體

結構復合材料a)層疊復合

b)連續(xù)纖維復合

c)細粒復合

d)短切纖維復合復合材料結構示意圖纖維增強復合材料分類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?；祀s纖維復合材料：兩種或兩種以上增強體同一基體制成的復合材料稱為混雜復合材料，可以看成是兩種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”。纖維復合材料預成型體機織層狀縫合顆粒編織機織各類纖維復合材料及其相互關系材料類型密度ρg/cm3楊氏模量E1GPa比模量E/ρ106m強度σGPa比強度σ1/ρ103m高強碳/環(huán)氧1.571388.791.5296.8高模碳/環(huán)氧1.6022113.81.2175.6Kevlar/環(huán)氧1.38866.231.52110.1高強高韌鋼7.832072.641.7522.3高強鋁合金2.70722.670.64723.9復合材料的比強度和比模量都高于高強鋼和高強鋁的相應數(shù)據(jù)。可以感性地認識到纖維復合材料的優(yōu)異力學性能。按基體材料分類①聚合物基復合材料:以有機聚合物（熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠等）為基體；②金屬基復合材料：以金屬（鋁、鎂、鈦等）為基體；③無機非金屬基復合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）為基體。按材料組成分類①同質復合材料（增強材料和基體材料屬于同種物質，如碳/碳復合材料）②異質復合材料（復合材料多屬此類）。目前狀況玻璃鋼和樹脂基復合材料

非常成熟廣泛的應用

金屬基復合材料

開發(fā)階段某些結構件的關鍵部位

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幾種復合材料的英文簡稱PMC:PolymerMatrixComposites聚合物基復合材料MMC:MetalMatrixComposite金屬基復合材料CMC:CeramicsMatrixComposite陶瓷基質復合材料CCC:CarbonfibercarbonComposite碳碳復合材料FRPC:FIBERREINRORCEDPLASTICS/COMPOSITES玻璃鋼復合材料4.復合材料的原材料

復合材料的原材料包括:基體材料和增強材料。基體材料：金屬材料、陶瓷材料和聚合物材料增強材料：纖維、晶須和顆粒熱固性樹脂聚脂樹脂,環(huán)氧樹脂,聚銑亞氨樹脂,酚醛樹脂,硅樹脂加熱固化后再加熱時不會軟化熱塑性樹脂聚乙稀,聚苯乙稀,尼龍,PEEK(聚醚醚酮)達到再轉變溫度時會重新軟化具有可膜斷性4.1聚合物基體

ThermoplasticorThermosetThermoplasticsThermosetsSoftenonheatingandpressure,andhenceeasytorepaireDecomposeonheatingHighstrainstofailure(highductility)LowstrainstofailureIndefiniteshelflifeDefiniteshelflifeCanbereprocessedCannotbereprocessedShortcurecycleLongcurecycleFourtypesofpolymermolecularstructures

linear

branched

cross-linked

network

樹脂基體在復合材料成型過程中，基體材料經(jīng)過一系列復雜的物理——化學變化，把增強纖維粘結成具有一定形狀的整體。復合材料的耐熱性、吸濕性、濕熱性能、耐化學性、疲勞性能以及工藝性能和某些特殊性能等主要取決于樹脂基體的性能，樹脂基體發(fā)展水平是先進復合材料研究與應用水平高低的重要標志。

樹脂基體復合材料中用于粘結增強材料的粘結劑基體的作用力學上物理上化學上粘結纖維、保護纖維、傳遞應力耐熱性、電性能（極性基團）等耐溶劑性、耐水性、老化性能樹脂基體復合材料的拉伸彈性模量主要是由增強材料決定的，然而又與樹脂含量有很大關系。就復合材料壓縮強度來說，則不能簡單地認為以纖維強度為主。纖維材料可從承受很大的拉力，但是不能單獨承受壓力，它只能在基體材料支承下承受壓力。至于復合材料的層間剪切強度，更明顯地是不取決于增強材料的強度，而主要取決于樹脂的強度和界面的粘結性能。4.2基體的作用把纖維粘在一起；分配纖維間的載荷(傳遞橫向載荷和剪切載荷;用樹脂浸潤過的纖維強度是干纖維束的二倍.)保護纖維不受環(huán)境影響。盡管纖維增強材料的作用是承受載荷，但是基體材料的力學性能會明顯地影響纖維的工作方式及其效率。

WhatarefunctionsofmatrixinFRPC?Holdfiberstoformcertainshape.Provideabarrieragainstanadverseenvironment,andprotectfibersfrommechanicalabrasion(磨損).Playaroleincarryingtransverseandshearloading.Transferloadbetweenfibers.Andalsoplayavitalroleinlongitudinaltensilestrength,asindicatedbytheexperimentalobservationthatthestrengthofmatrix-impregnatedfiberbundlescanbedoubleofthatofadryfiberbundle.HaveprimaryinfluenceondamageinitiationandpropagationinFRPCs.例如，在沒有基體的纖維束中大部分載荷由最直的纖維承受，基體使得應力較均勻地分配給所有纖維，這是由于基體使所有纖維經(jīng)受同樣的應變，應力通過剪切過程傳遞，這要求纖維和基體之間有高的膠接強度，同時要求基體本身也具有高的剪切強度和模量。當載荷主要由纖維承受時，復合材料總的延伸率受到纖維的破壞延伸率的限制，這通常為1%~1.5%。基體的主要性能是在這個應變水平下不應該裂開。在纖維的垂直方向，基體的力學性能和纖維與基體之間的膠接強度控制著復合材料的物理性能。由于基體比纖維弱得多，而柔性卻大得多，所以在結構件設計中應盡量避免基體直接橫向受載。在高膠接強度體系（纖維間的載荷傳遞效率高，但斷裂韌性差）與較低膠接強度體系（纖維間的載荷傳遞效率不高，但韌性較高）之間需要折衷。在應力水平和方向不確定情況下使用或在纖維排列精度較低情況下制造的復合材料往往要求基體比較軟，同時不太嚴格。在明確應力水平情況下使用和在嚴格控制纖維排列情況下制造的先進復合材料，應通過使用高模量和高膠接強度的基體以更充分地發(fā)揮纖維的最大性能。樹脂體系環(huán)氧樹脂一般具有工藝性好、成本較低等特點，使用溫度一般不高于130℃；雙馬樹脂的工藝性不如環(huán)氧樹脂，但優(yōu)于聚酰亞胺樹脂，具有優(yōu)異的力學性能，使用溫度不高于230℃；氰酸酯樹脂具有優(yōu)異的介電性能，耐溫等級及工藝性能與雙馬樹脂相近；聚酰亞胺是耐溫等級最高的一類樹脂體系，最高使用溫度可達400℃，一般應用于發(fā)動機相關結構。高性能熱塑性樹脂具有優(yōu)異的韌性、損傷容限，良好的耐環(huán)境、低吸濕率和低釋放速率等特點，并且成型周期短，可多次熔融重復成型。

聚合物基體的種類不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物等。不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復合材料的一種重要樹脂。

在國外，聚酯樹脂占玻璃纖維復合材料用樹脂總量的80%以上。樹脂體系－環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂固化劑促進劑填料偶聯(lián)劑增韌劑環(huán)氧樹脂體系AG-80、AFG-90、E-51(618)、E-44(6101)、E-20(601)、CYD-128、CYD-014、CYD-017二氨基二苯砜、雙氫胺、三乙烯四胺、2－乙基－4－甲基咪唑、MNA酸酐丁晴橡膠、聚砜DMP－30、NK－MDKF550、KF－560、沃蘭環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂用途最廣泛它的粘合能力大,制造工藝簡單,固化后收縮小,硬度高,韌性好,一般能在120度以下使用,環(huán)氧樹脂分類

根據(jù)分子結構，環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類：

1、縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂

2、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂

3、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂

4、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂

5、脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結構的高聚物。環(huán)氧樹脂特點

在加熱條件下即能固化，無須添加固化劑，酸、堿對固化反應起促進作用，已固化的樹脂有良好的壓縮性能，良好的耐水、耐化學介質和耐燒蝕性能，樹脂固化過程中有小分子析出，故需在高壓下進行，固化時體積收縮率大，樹脂對纖維的粘附性不夠好，但斷裂延伸率低，脆性大。環(huán)氧樹脂的性能和特性1、形式多樣。

各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。

2、固化方便。

選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內固化。

3、粘附力強。

環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內應力小，這也有助于提高粘附強度。

環(huán)氧樹脂的性能和特性4、收縮性低。

環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。

5、力學性能。

固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學性能。

6、電性能。

固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料。

7、化學穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩(wěn)定性能。環(huán)氧樹脂的性能和特性

8、尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。

9、耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。環(huán)氧樹脂的性能和特性高性能環(huán)氧基復合材料應用復合材料在航空上的應用大體經(jīng)過了三個階段。開始以等代設計選擇飛機的非承力或次承力結構，用脆性復合材料制成的構件為各類活動口蓋、壁板、艙門等。隨后采用優(yōu)化設計的方法，選用具有一定韌性復合材料制成了承力構件垂尾、方向舵、平尾等。80年代末90年代初，高性能環(huán)氧基復合材料已擴大應用到機翼、機身等大型主承力構件，同時一些次承力構架上韌性較差的復合材料相繼被替代。高性能環(huán)氧基復合材料應用復合材料公司使用機型使用部位977-3/IM78552/IM7R6376/HTA8552/As48551-7/IM73900-2/T800ICIHerculesCibaHerculesHerculesTorayF/A-18RAH-66A330/A340A330/A340V-22B777機翼、蒙皮主承力結構中央翼盒機翼壁板、尾翼地板、尾翼樹脂體系－酚醛樹脂酚醛樹脂復合材料具有耐熱性高，能在150～200℃范圍內長期使用、吸水性小、電絕緣性能強、耐腐蝕、尺寸精確和穩(wěn)定等特點。它還能耐燒蝕。此外，原料充足，價格低廉。因此，酚醛樹脂復合材料已廣泛地在電機、電器及航空、宇航工業(yè)中用作電絕緣材料以及耐燒蝕的結構材料（艙內材料）。樹脂體系－酚醛樹脂但由于酚醛樹脂在固化過程中有揮發(fā)性副產(chǎn)物生成，須施加較高的成型壓力（60～500kg/cm2），故對大型制件的應用，受到一定的限制，使用較環(huán)氧及聚酯樹脂為少。近年來，也試制成低壓酚醛樹脂，能在30kg/cm2的條件下成型，為酚醛樹脂的應用，提供了有利條件。酚醛樹脂大量用于粉狀壓塑料、短纖維增強塑料，少量用于玻璃纖維復合材料、耐燒蝕材料等，很少使用在碳纖維和有機纖維復合材料中。酚醛復合材料的應用電氣工業(yè)：絕緣結構、接觸開關、高壓電器件等。交通運輸業(yè)：汽車、火車等交通工具的制動材料，列車、地鐵的風道、內部裝飾板、臺面、前端鼻型面、整體司機室等，船舶的內部裝飾面板是很大的市場。航空航天：改性酚醛浸漬的紙、織物、Nomex蜂窩等廣泛地應用在艙內阻燃裝飾材料，火箭的鼻錐、外殼、發(fā)動機噴嘴等部件上。樹脂體系－雙馬樹脂雙馬樹脂（BMI）是多官能團化合物，是先進復合材料的一類重要樹脂基體，它既具有類似于環(huán)氧樹脂的工藝性，又具有聚酰亞胺優(yōu)良的耐高溫。耐輻射和耐濕熱等優(yōu)良特性，可適用于熱壓、RTM、RFI和纏繞等多種成型工藝，適合制造各類復雜結構，在許多方面滿足先進復合材料的要求，已在航空結構件中得到迅速開發(fā)應用。雙馬樹脂特性雙馬樹脂樹脂具有典型熱固性樹脂的流動性和模塑性，可用與環(huán)氧樹脂相同的成型方法加工成型；BMI固化物由于含有酰亞胺及交聯(lián)密度高而具有優(yōu)良的耐熱性，使用溫度一般在177～230℃。Tg一般大于250℃；同時，BMI樹脂具有優(yōu)良的耐輻射、耐濕熱和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點。雙馬樹脂PK環(huán)氧樹脂

F-22飛機上復合材料應用雙馬樹脂70％，環(huán)氧樹脂30％

F-35飛機上復合材料應用環(huán)氧樹脂90％,雙馬樹脂10％

F/A-18飛機上復合材料應用環(huán)氧樹脂100％

從材料本身到制造工藝雙馬樹脂復合材料成本較環(huán)氧樹脂高得多加工特性：

具有與環(huán)氧樹脂相似的加工工藝性，可在177℃下固化，并在固化過程中無揮發(fā)性小分子產(chǎn)生。應用：高速數(shù)字及高頻用印刷電路板；高性能透波結構材料；航空航天用高性能結構復合材料樹脂基體。

氰酸酯樹脂雙馬、氰酸酯和環(huán)氧樹脂及其復合材料性能比較項目BMI氰酸酯環(huán)氧樹脂固化溫度/℃后處理溫度/℃固化時間/h純樹脂飽和吸濕率/%玻璃化溫度（干態(tài)）/℃玻璃化溫度（濕度）/℃降低率/%剪切強度干濕態(tài)差別20℃100℃沖擊后壓縮強度/MPa工作溫度/℃180-20024016-242.9330020033吸濕<0.6%嚴重下降214<2501772043-41.56250-2902149吸濕<0.6%有影響236-276<177177--3-44.13>250無影響線性下降<177氰酸酯樹脂聚酯樹脂與環(huán)氧、酚醛樹脂相比工藝性良好，室溫下固化，常壓下成型，工藝裝置簡單。樹脂固化后綜合性能良好，力學性能不如酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。價格比環(huán)氧樹脂低得多，只比酚醛樹脂略貴一些。不飽和聚酯樹脂的缺點是固化時體積收縮率大、耐熱性差等。主要用于一般民用工業(yè)和生活用品中。樹脂發(fā)展趨勢

國外樹脂基體朝著使用溫度和韌性不斷提高，成本逐漸降低，并達到低成本和結構/功能一體化的方向發(fā)展。

第一代韌性復合材料第三代韌性復合材料第二代韌性復合材料第四代韌性復合材料（國際最高水平）400使用溫度/℃CAI/MPa10020030000100200300400中溫中高溫高溫4211

5222

5288A5405542854293232

3238

323332343236

3266-RTM3266ES-RTM5284-RTM6421-RTM6421ES-RTMLP-15MPI-1PYI-1直升機或低速飛機結構用中高速飛機結構用發(fā)動機結構用環(huán)氧熱壓環(huán)氧RTM雙馬熱壓雙馬RTM聚酰亞胺航材院高性能性樹脂基體及預浸料4.3復合材料的增強相粘結在基體內以改進其機械性能的高強度材料稱為增強材料（增強體、增強劑等）。三類：纖維及其織物、晶須和顆粒

纖維:

如植物纖維（棉花、麻類）、動物纖維（絲、毛）和礦物纖維（石棉）。天然纖維強度較低，現(xiàn)代復合材料的增強材料用合成纖維，分為有機纖維和無機纖維。HistoryofFibrousComposites?Wood?800B.CStrawandMudBricks(Adobe)?700B.CLaminatedBowwithAnimalTendons,wood,silk?1910DopedFabricandWoodA/CStructure?1935Owens-CorningFiberglassCorp.?1940PlywoodA/CStructure?1943FRPAircraftStructure?1947FirstCommercialEpoxy?1953CorvetteFRPProductionBody?1958FirstCarbonfromRayon?1959TexacoannouncesBoron?1961FirstGraphitefromPan?1964CarbonFibersfromPan?1965BoronFibersAvailable?1969F-4Boron-EpoxyRudder?1970F-14Boron/EpoxyHorizontal?1973Kevlar49?1985Spectra增強材料增強體

加入基體中能提高其力學性能的物質

增強體類型

纖維狀、片狀、顆粒狀、晶須狀、粉末狀

增強形式

單向纖維預浸料、2D織物、3D織物、針織對位芳酰胺聚芳酯聚苯并噁唑聚乙烯聚乙烯醇剛性分子鏈柔性分子鏈增強體有機纖維氧化鋁纖維玻璃纖維無機纖維聚丙烯腈基碳纖維碳化硅纖維增強體分類

按化學組成玻璃纖維GlassE玻璃與S玻璃單纖維d=3-30微米E較低粗紗,織物,纖維氈硼纖維本身是復合材料單纖維d=100微米比強度與Glass的差不多,但是比剛度是Glass的5倍,熔點高碳纖維(Carbon)有機纖維碳化而成,碳化溫度1400>T,--碳纖維T>1400---石墨纖維單纖維d=7微米橫觀各向同性(特殊的各向異性)復合材料不是以原子，分子為量級，而是以顆粒或者纖維的直徑為其特征尺寸。又不同于經(jīng)典連續(xù)介質理論的微分單元。

1)纖維芳倫纖維斷裂伸長率較大線膨脹系數(shù)為負值碳化硅纖維可耐高溫易與金屬基體親和制作金屬基復合材料的良好材料晶須極細的增強材料纖維Whyarefibersofathindiameter?Thediametersoffibersaregenerallyverysmall(fromfewtohundredmicrons).Thinnerfiberhashigherultimatestrengthbecauselessinherentflaws.Similarphenomenoninmetalsandalloys.Forthesamevolumeoffibers,thinnerfibershaslargersurfaceareathushasstrongerbondwithmatrix.(thetotalsurfaceareaoffibersisinverselyproportionaltothediameteroffibers)Thinnerfiberhaslargerflexibility(

1/EI)andthereforeisabletobebentwithoutbreaking.(e.g.inwovenfabriccomposites).TypicalMechanicalPropertiesofFibersandMetals

PropertiesGraphiteGlassAramid(Kevlar)SteelAluminumSpecificgravity(g/cm3)1.82.51.47.82.6Young’smodulus(GPa)2308512420668.9Ultimatetensilestrength(MPa)206715501379648276Coefficientofthermalexpansion(

m/m/

C)-1.35-511.723A)有機纖維主要有Kevlar纖維、聚乙烯纖維和尼龍纖維

①芳香族酰胺纖維（AromaticPolymide

Fibre,Kevlar,KF）

Kevlar纖維具有高強度、高模量和韌性好等特點。密度較低，而比強度極高，超過玻璃纖維、碳纖維和硼纖維，比模量與碳纖維相近，超過玻璃、鋼、鋁等。由于韌性好，它不象碳纖維、硼纖維那樣脆，因而便于紡織。

常用于和碳纖維混雜，提高纖維復合材料的耐沖擊性。

Kevlar纖維屬于自熄性材料。②聚乙烯纖維（Polyethylene,PE）聚乙烯纖維是目前國際上最新的超輕、高比強度、高比模量纖維，成本也比較低。通常聚乙烯纖維的分子量大于106，纖維的拉伸強度為3.5GPa，彈性模量為116GPa，延伸率為3.4%，密度為0.97g/cm3。在纖維材料中，聚乙烯纖維具有高比強度、高比模量以及耐沖擊、耐磨、自潤滑、耐腐蝕、耐紫外線、耐低溫、電絕緣等多種優(yōu)異性能。其不足之處是熔點較低（約135℃）和高溫容易蠕變。因此僅能在100℃以下使用，可用于制做武器裝甲、防彈背心、航天航空部件等。B)無機纖維①玻璃纖維（GlassFibre,GF或Gt）

玻璃纖維是由含有各種金屬氧化物的硅酸鹽類，經(jīng)熔融后以極快的速度抽絲而成。由于它質地柔軟，因此可以紡織成各種玻璃布、玻璃帶等織物。價格便宜，品種多，適于編織各種玻璃布，作為增強材料廣泛用于航空航天、建筑領域及日常用品。

缺點是不耐磨，易折斷，易受機械損傷，長期放置強度下降。玻璃纖維的種類很多按用途可分為：高強度纖維、低介電纖維、耐化學藥品纖維、耐電腐蝕纖維、耐堿纖維；按化學成分可分為：有堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、低堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維；按單絲直徑可分為：粗纖維、初級纖維、中級纖維、高級纖維。玻璃纖維的伸長率和熱膨脹系數(shù)小，除氫氟酸和熱濃強堿外，能耐許多介質的腐蝕。玻璃纖維不燃燒，耐高溫性能較好，適用于較高溫度下使用。玻璃纖維生產(chǎn)玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前國際上已經(jīng)商品化的纖維用的玻璃成分如下：

1、E-玻璃亦稱無堿玻璃，系一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分，具有良好的電氣絕緣性及機械性能，廣泛用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維，也大量用于生產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維，它的缺點是易被無機酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境。玻璃纖維2、S-玻璃亦稱中堿玻璃，其特點是耐化學性特別是耐酸性優(yōu)于無堿玻璃，但電氣性能差，機械強度低于無堿玻璃纖維10%～20%，通常國外的中堿玻璃纖維含一定數(shù)量的三氧化二硼，而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外，中堿玻璃纖維只是用于生產(chǎn)耐腐蝕的玻璃纖維產(chǎn)品，如用于生產(chǎn)玻璃纖維表面氈等，也用于增強瀝青屋面材料，但在我國中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產(chǎn)量的一大半（60%），廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物，包扎織物等的生產(chǎn)，因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。E-glassroving(2)碳纖維

碳纖維是由有機纖維或低分子烴氣體原料加熱至1500℃所形成的纖維狀碳材料，其碳含量在90%以上。

碳（石墨）纖維具有低密度、高強度、高模量、耐高溫、抗化學腐蝕、低電阻、高熱導、低熱膨脹、耐化學輻射等優(yōu)良特性，

此外，還具有纖維的柔曲性和可編性，比強度和比模量優(yōu)于其它纖維增強體。碳纖維（CarbonFibre,CF或Cf）纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。自20世紀60年代美國和日本分別以人造絲(粘膠纖維）、聚丙烯烴（Polyacryonitrile,簡寫為PAN）和瀝青為原料成功地制備出碳纖維,其中以聚丙烯烴最為主要。ProcessingPAN(polyacrylonitrile

聚丙烯腈)orpitch(瀝青

)carbonfibersbyhotstretching瀝青聚丙烯腈碳纖維向高強度高模量方向發(fā)展，已生產(chǎn)出高模量碳纖維（HM）、超高模量碳纖維、高強度碳纖維（HS）、超高強度碳纖維和高強度高模量碳纖維。按力學性能可將碳纖維分成高強度碳纖維、高模量碳纖維和普通碳纖維。碳纖維最突出的特點是強度和模量高、密度小，與碳素材料一樣具有很好的耐酸性；熱膨脹系數(shù)小，甚至為負值；具有很好的耐高溫蠕變性能，一般碳纖維在1900℃以上才呈現(xiàn)出永久塑性變形。此外碳纖維還具有摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導電性高等特點。

碳纖維的不足之處是價格昂貴，比玻璃纖維貴25倍以上，因此大大限制了它的推廣應用。此外碳纖維的抗氧化能力較差，在高溫下有氧存在時會生成二氧化碳。Carbon/graphite

fibers

Carbon/graphitefibershaveveryhighspecificstiffness,specificultimatestrengthandhighfatiguestrength.AnotherveryuniqueadvantageofcarbonfibersistheverylowandnegativeCTE(coefficientofthermalexpansion).Thatiswhyagraphite/epoxycompositecanhaveaverylowCTE.Thedisadvantagesincludehighcost(10-20timesofglassfibers),lowimpactresistanceandhighelectricconductivity.Differencesbetweencarbonfiberandgraphitefiberareinthecarboncontent(93%-95%versus>99%)andinthemanufacturingtemperature(1300

Cversus1900

C).晶體結構活性碳纖維③硼纖維（BoronFibre，BF或Bf）1958年C.P.Talley首先用化學氣相沉積（Chemicalvapourdeposition，簡稱CVD）方法研制成功高模量的硼纖維?，F(xiàn)在硼纖維通用的制備方法是在加熱的鎢絲表面通過化學反應沉積硼層。硼纖維的直徑有100μm、140μm、200μm幾種。硼纖維具有很高的彈性模量和強度，但其性能受沉積條件和纖維直徑的影響，硼纖維的密度為2.4~2.65g/cm3，拉伸強度為3.2~5.2GPa，彈性模量為350~400GPa。硼纖維具有耐高溫和耐中子輻射性能。硼纖維的缺點:工藝復雜，不易大量生產(chǎn)，其價格昂貴。由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。目前已研究用碳纖維代替鎢絲，以降低成本和密度，結果表明，碳心硼纖維比鎢絲硼纖維強度下降5%，但成本降低25%。硼纖維在常溫為較惰性物質，但在高溫下易與金屬反應，因此需在表面沉積SiC層，稱之為Bosic纖維。硼纖維主要用于聚合物基和金屬基復合材料。④氧化鋁纖維（Aluminia

Fibre，AF或（Al2O3）f）

氧化鋁纖維是多晶連續(xù)纖維，除Al2O3外常含有約15%的SiO2。具有優(yōu)良的耐熱性和抗氧化性，直到370℃強度仍下降不大。缺點是在所有纖維中密度最大。

主要用于金屬基復合材料。⑤碳化硅纖維（SiliconCarbideFibre，SF或SiCf）目前SiC纖維的生產(chǎn)有有機合成法和CVD法兩種。SiC纖維是高強度高模量纖維，有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫和耐輻射性能。最高使用溫度為1250℃，在1200℃其拉伸強度和彈性模量均無明顯下降，因此比碳纖維和硼纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性。此外SiC纖維還具有半導體性能。與金屬相容性好，常用于金屬基和陶瓷基復合材料。(3)其他纖維①陶瓷纖維具有陶瓷化學成分的纖維稱為陶瓷纖維，如氧化鋁、碳化硅纖維以及氧化鋯、氧化鈹、氧化鎂、氧化鈦、氮化硼和硼化鈦等纖維。陶瓷纖維的特點是可耐1260～1790℃的高溫（在惰性和氧化性氣氛中）、耐磨耐腐蝕性好和良好的物理機械性能，特別適合于陶瓷基復合材料。陶瓷纖維的缺點是對裂紋等缺陷敏感，脆性大。②金屬和鋼纖維金屬和鋼的特點是導電性和導熱性好，塑性和抗沖擊性好。鋼纖維常用于混凝土基復合材料。2)晶須晶須（Wisker）是指具有一定長徑比（一般大于10）和截面積小于52×10-5cm2的單晶纖維材料。具有實用價值的晶須直徑約為1～10μm，長度與直徑比在5～1000之間。晶須是含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強度接近其純晶體的理論強度。晶須可分為:金屬晶須（如Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等）、氧化物晶須（如MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等）、陶瓷晶須（如碳化物晶須SiC、TiC、ZrC、WC、B4C）、氮化物晶須（如TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等）無機鹽類晶須（如K2Ti6O13和Al18B4O33）。晶須的制備方法有化學氣相沉積（CVD）法、溶膠—凝膠法、氣液固（VLS）法、液相生長法、固相生長法原位生長法等。3)．顆粒用以改善基體材料性能的顆粒狀材料，稱為顆粒增強體（ParticleReinforcement）。顆粒增強體主要是指具有高強度、高模量、耐熱、耐磨、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬顆粒，如碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化鈦、碳化硼、石墨、細金剛石等。這些顆粒增強體也稱為剛性顆粒增強體（RagidParticleReinforcement）或陶瓷顆粒增強體。顆粒增強體以很細的粉末（一般在10μm以下）加入到金屬基和陶瓷基中起提高耐磨、耐熱、強度、模量和韌性的作用。如在Al合金中加入體積為30%，粒徑為0.3μm的Al2O3顆粒,材料在300℃時的拉伸強度仍可達220MPa，并且所加入的顆粒越細，復合材料的硬度和強度越高。在Si3N4陶瓷中加入體積為20%的TiC顆粒，可使其韌性提高5%。顆粒作用另一類顆粒增強體稱為延性顆粒增強體（DuctileParticleReinforcement）,主要為金屬顆粒，加入到陶瓷基體和玻璃陶瓷基體中增強其韌性，如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。金屬顆粒的加入使材料的韌性顯著提高，但高溫力學性能會有所下降。顆粒增強體的特點是選材方便，可根據(jù)不同的性能要求選用不同的顆粒增強體。顆粒增強體成本低，易于批量生產(chǎn)。顆粒作用5復合材料的特性與傳統(tǒng)金屬材料相比1)比強度和比模量高(輕質高強)材料密度(G/CM3)拉伸強度GPa彈性模量GPa比強度(*107cm)比模量(*109cm)鋼7.81.01205.940.130.27碳纖維/環(huán)氧1.60.99235.360.631.5復合材料的比強度和比剛度較高材料的強度除以密度稱為比強度；材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大。這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求?，F(xiàn)代飛機、導彈和衛(wèi)星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。TypicalMechanicalPropertiesofPRCandMetalsPropertiesGraphite/epoxy(Vf=0.7)Glass/epoxy(Vf=0.45)SteelAluminumLongi-tudinalTranse-verseLongitudinalTransverseSpecificgravity(g/cm3)1.61.61.81.87.82.6Young’smodulus(GPa)18110.338.68.2720668.9Ultimatetensilestrength(MPa)150040106231648276Coefficientofthermalexpansion(

m/m/

C)0.0222.58.622.111.723MaterialPropertiesMaterialr(kg/m3)Y.M.(GPa)Yield(MPa)ThermalExpansion(10-6/K)Al28006827623.6M4Ti44001108259Be200030434511.5CompositeCFRP1620281586[-11.7,29.7]AdvantagesofcompositematerialsHighspecificstiffness(E/

)andhighspecificstrength(

ult/

)

weightreduction,aerospaceandsportinggoods.2)具有可設計性

復合材料的力學性能可以設計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。

例如，在某種鋪層形式下，材料在一方向受拉而伸長時，在垂直于受拉的方向上材料也伸長，這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應，在平板模上鋪層制作層板，加溫固化后，板就自動成為所需要的曲板或殼體。

纖維,基體,覆層方式,纖維方向,含量通過計算機程序來實現(xiàn)復合材料的設計從常規(guī)設計向仿生設計發(fā)展仿照竹子從表皮到內層纖維由密排到疏松的特點，成功地制備出具有明顯組織梯度與性能梯度的新型鋼基耐磨梯度復合材料。仿照鮑魚殼的結構，西雅圖華盛頓大學的研究人員利用由碳、鋁和硼混合成陶瓷細帶制成了10微米厚的薄層，由此得到的層狀復合材料比其原材料堅固40％。仿照骨骼的組織特點，人們制造了類似結構的風力發(fā)電機和直升飛機的旋翼，外層是剛度、強度高的碳纖維復合材料，中層是玻璃纖維增強復合材料、內層是硬泡沫塑料。

3)抗疲勞性能好/減震性能好/破損安全性好

復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40～50%，而某些復合材料可高達70～80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始，逐漸擴展到纖維和基體的界面上，沒有突發(fā)性的變化。因此，復合材料在破壞前有預兆，可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料制成的直升飛機旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長數(shù)倍。

3)抗疲勞性能好/減震性能好/破損安全性好

復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大，因此具有較好的減振性能。

用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗，碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。

3)抗疲勞性能好/減震性能好/破損安全性好復合材料的安全性好。

在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。

當用這種材料制成的構件超載，并有少量纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上，因此整個構件不至于在短時間內喪失承載能力。4)高溫性能好復合材料通常都能耐高溫。在高溫下，用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時，彈性模量大幅度下降，強度也下降；而在同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小，因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。5)抗腐蝕性Highcorrosionresistance

Acid,alkaliresistanceofpolymers,chemicalandmarineapplications,infrastructureapplications.6)制造工藝簡單復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合于整體成型，因而減少了零部件的數(shù)目，從而可減少設計計算工作量并有利于提高計算的準確性。另外，制作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起，先用模具成型，而后加溫固化，在制作過程中基體由流體變?yōu)楣腆w，不易在材料中造成微小裂紋，而且固化后殘余應力很小。自動化程度高Disadvantagesofcompositematerials

Highcostoffabrication

Complexityinmechanicalcharacterizationanddifficultyinanalysis

Weakintransversedirectionandlowtoughness

Difficultyinattaching(Joining)

Environmentaldegradation(Polymermatrixabsorbmoisture)低成本高性能制造技術未來復合材料的研究方向未來的功能復合材料比重將超過結構復合材料，成為復合材料發(fā)展的主流。未來復合材料的研究方向主要集中在納米復合材料、仿生復合材料、和發(fā)展多功能、機敏、智能復合材料等領域。6幾個專門術語均質：物體在各處有相同的性能，即物體的性能不是物體內位置的函數(shù)。非均質：物體在各處有不相同的性能，即物體的性能是物體內位置的函數(shù)。各向同性：在物體內一點的各個方向上都表現(xiàn)有相同的性能。也就是說某點的性能不是該點方向的函數(shù)。各向異性：在物體內一點的各個方向上可能表現(xiàn)有不相同的性能。也就是說某點的性能是該點方向的函數(shù)。Isotropicmaterial

Anisotropicmaterialhaspropertiesthatarethesameatalldirections.Themeasuredpropertiesofanisotropicmaterialareindependentoftheaxisoftesting.(Anisotropic)Homogeneousbody

Ahomogeneousbodyhaspropertiesthatarethesameatallpointsinthebody.(Inhomogeneous,Nonhomogeneous,heterogeneous)單層:由纖維與基體構成復合材料的基本單元層合板:由單層構成的復合材料結構.Lamina

AlaminaisasinglethinplyorlayerofunidirectionalfibersarrangedinamatrixLamimae

PluraloflaminaLaminate

Alaminateisastackoflaminae.Eachlayercanbelaidatvariousorientationsandcanbedifferentmaterialsystems.對于復合材料，由于存在可以從界面區(qū)分的相和疊層，一般認為是非均質的。當分析尺度繼續(xù)擴大后，它又可以用等效的均質體來代替。此時，顆粒復合材料和方向隨機分布的短纖維（和晶須）復合材料可以認為是各向同性的。而纖維（包括織物）規(guī)則排列的復合材料，通常是各向異性。材料的尺度一種材料視為均質的，也可以是非均質的，取決于分析時觀察問題的尺度。從原子水平來看，任何材料都是不連續(xù)的和非均質的。當所考慮的區(qū)域增大到某種程度時，原子結構在分析中已經(jīng)失去了它的重要性。連續(xù)介質力學開始有效。宏觀-細觀-微觀-納觀mm級-0.1mm至0.1μm-μm-nm7復合材料的應用1.航天、航空工程中應用國內外已應用于飛機發(fā)動機、機身、機翼、駕駛艙、螺旋槳、雷達罩等，固體火箭發(fā)動機殼體。人造衛(wèi)星、太空站和天地往返運輸系統(tǒng)等方面。

2.船舶工程中的應用應用于制造深水潛艇，很多游艇、賽艇都用復合材料制造。3.建筑工程中的應用大型體育館、廠房、市場的屋頂采用復合材料制成薄殼結構。4.兵器工業(yè)中應用坦克裝甲上得到了廣泛應用，另外應用于防彈背心、安全帽等防護制品。5.化學工程中應用采用復合材料可以減少腐蝕延長設備壽命。6.車輛制造工業(yè)中應用火車的車身、門窗，汽車的車身、底盤、引擎，自行車車架等等。7.電器設備中的應用可用于制造絕緣設備。8.醫(yī)學領域中的應用應用于制造假肢、人造骨骼、關節(jié)，以及一些醫(yī)療設備。7復合材料的應用現(xiàn)代輕質復合材料具有高的比強度、比模量，抗疲勞、耐腐蝕、成形工藝性好以及可設計性強等特點，現(xiàn)已成為飛機、火箭、宇宙飛船等航空航天結構中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅的四大結構材料之一復合材料的應用例：波音757的機翼和機身、復合材料整流罩包皮、直升飛機中能量吸收結構部件等。

F117隱性飛機－－全復合材料體育器材――金牌有科學家的一半各國在發(fā)展高技術計劃中對先進復合材料都給予優(yōu)先考慮如前蘇聯(lián)的“賽格”反坦克導彈從外觀上看實現(xiàn)了塑料化。它的主要復合材料結構件有：風帽、殼體、尾翼座、尾翼等。使用的材料為玻纖增強酚醛塑料，復合材料構件占總體零件數(shù)的75%。美國的"陶式"反坦克導彈，法國的"霍特"反坦克導彈，"阿皮拉斯"反坦克火箭彈的發(fā)射筒，發(fā)動機殼體分別用玻纖增強環(huán)氧樹脂和芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂制造。美國陸軍已研究證實了水陸兩用車復合材料艙門和炮塔可減重15.5%。美國陸軍的M113A3裝甲人員輸送車已采用S2玻纖增強酚醛樹脂復合材料制造車體，取代了早期的Kevlar纖維復合材料，提高了防火和煙霧特性，降低了成本。美國還考究了MIAI主戰(zhàn)坦克上各部件復合材料化的可行性，優(yōu)選出22個部件采用復合材料制造，可減重1440kg，降低成本1835美元。據(jù)估計在地球同步衛(wèi)星上每減輕一磅的質量就能帶來2萬美元的經(jīng)濟效益。國外的新一代軍機和民用運輸機已普遍采用復合材料，第四代戰(zhàn)機復合材料用量占飛機結構重量的25％～40％，干線客機用量約15％，其應用水平成為飛機先進性的一個重要標志。

隨著我國復合材料技術和應用技術水平的提高，復合材料在兵器上的應用范圍越來越大。如:芳綸纖維增強復合材料已用于主戰(zhàn)坦克的首上裝甲和炮塔復合裝甲；

玻璃纖維增強復合材料用于反坦克導彈的戰(zhàn)斗部殼體、尾翼座、發(fā)動機殼體以及火箭彈的噴管等。

90年代復合材料在兵器上應用進入了一個新時代，高強度玻纖增強樹脂復合材料用于多管遠程火箭彈和空空導彈的結構材料和燒蝕-隔熱材料，使金屬噴管達到了塑料化，燒蝕-隔熱-結構多功能化，實現(xiàn)了噴管收斂段、擴張段和尾翼架多部件一體化，大大減輕武器的重量，提高了戰(zhàn)術性能，簡化了工藝，降低了成本。航空復合材料發(fā)展形勢及我國的差距我國在飛機結構復合材料方面的差距≈25年為增強我國綜合國力，我國已把先進復合材料作為發(fā)展高技術領域的關鍵新材料，被列位國家高技術研究發(fā)展計劃綱要重要內容。關鍵詞NASA波音空中BUS蜂窩/夾層/三明治晶片納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料Neat1%3%5%7%TEMneat1%3%5%7%…Inreality,ontheA330MaterialsonAirbusA380C-17復合材料分布圖

參照結構：F-22正弦波梁參照結構：F-22正弦波梁雷達天線罩

天線風力機

水箱玻璃鋼漁船

SMC片料及模壓制品

T-bar格柵工字鋼格柵

各種型材屋頂

復合材料在發(fā)動機上的用量（lb）

鋁合金、鋼在發(fā)動機上的應用逐漸減少，復合材料在發(fā)動機上的應用比例逐漸增大，碳纖維增強樹脂基復合材料增加最快。發(fā)動機復合材料應用復合材料在航天領域的應用復合材料在航天領域的應用復合材料遙感天線

復合材料在航天領域的應用復合材料自回彈天線

月球探測衛(wèi)星用數(shù)據(jù)傳輸天線反射器奧運畫紙奧運畫紙復合材料汽車高速列車車頭

大型發(fā)電機葉片

醫(yī)療設備配件

醫(yī)療設備配件（乳腺檢查）

箭桿、拐杖

天線反射面

壓力容器氣瓶

橋梁補強

隨著科技的發(fā)展，復合材料在軍用和民用領域必將會有更快、更多、更大的發(fā)展！8復合材料研究基礎理論1)復合材料力學性能與行為2)復合材料的材料設計與結構設計,功能設計3)復合材料的物理性能4)復合材料的界面與力學行為5)復合材料工藝學復合材料力學性能與行為

復合材料力學是研究復合材料在外界因素(荷載,溫度,濕度)作用下的力學響應的一門科學,是固體力學的一個新分支.

復合材料力學性能與行為復合材料力學是固體力學的一個新興分支，它研究由兩種或多種不同性能的材料，在宏觀尺度上組成的多相固體材料，即復合材料的力學問題。

復合材料具有明顯的非均勻性和各向異性性質，這是復合材料力學的重要特點。

但中國在復合材料力學研究方面的起步和水平晚于歐美十到十五年。復合材料力學發(fā)展1964年羅森提出了確定單向纖維增強復合材料縱向壓縮強度的方法1966年惠特尼和賴利提出了確定復合材料彈性常數(shù)的獨立模型法1968年，經(jīng)蔡為侖和希爾的多年研究形成了蔡-希爾破壞準則；1971年又出現(xiàn)了張量形式的蔡-吳破壞準則1970年瓊斯研究了一般的多向層板，并得到簡單的精確解1972年惠特尼用雙重傅里葉級數(shù)，求解了扭轉耦合剛度對各向異性層板的撓度、屈曲載荷和振動的影響問題，用這種方法求解的位移既滿足自然邊界條件，又能很快收斂到精確解夏米斯、漢森和塞拉菲尼研究了復合材料的抗沖擊性能。另外，蔡為侖在單向層板非線性變形性能的分析方面，索哈佩里在復合材料粘彈性應力分析等都做了開創(chuàng)性的研究工作亞當斯在非彈性問題的細觀力學理論方面進入20世紀60年代后復合材料力學發(fā)展的步伐加快了