《功能复合材料》PPT课件

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1、第六章功能复合材料1复合材料按使用目的可分为两类:结构复合材料和功能复合材料2功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料，如导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸声、摩擦、吸波、屏蔽、阻燃、防热、隔热等功能复合材料。3功能复合材料主要由功能体和基体组成，或由两种(或两种以上)功能体组成。4在单一功能体的复合材料中，其功能性质虽然由功能体提供，但基体不仅起到粘结和赋形作用，同时也会对复合材料整体的物理性能有影响。5多元功能体的复合材料可以具有多种功能，同时还有可能由于产生复合效应而出现新的功能。因此，多功能复合材料成为

2、功能复合材料的发展方向。61、功能复合材料的复合效应材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特征，可分为两大类：一类复合效应为线性效应；另一类则为非线性效应。在这两类复合效应中，又可以显示出不同的特征。7平均效应　　　　　　　　相乘效应平行效应　　　　　　　　诱导效应相补效应　　　　　　　　共振效应相抵效应　　　　　　　　系统效应线性效应非线性效应复合效应不同复合效应的类别下表列出了不同复合效应的类别。8平均效应是复合材料所显示的最典型的一种复合效应。它可以表示为：式中，Ｐ为材料性能，Ｖ为材料体积含量，角标c、m、f分别表示

3、复合材料、基体和增强体（或功能体）。9复合材料的某些功能性质，例如电导、热导、密度和弹性模量等服从平均效应这一规律。例如，复合材料的弹性模量，若用混合率来表示，则为10平行效应显示这一效应的复合材料，它的各组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。11对于增强体（如纤维）与基体界面结合很弱的复合材料，所显示的复合效应，可以看作是平行效应。12相补效应组成复合材料的基体与增强体，在性能上相互补充，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。13对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合

4、材料，其性能显示为增强体与基体的互补。14相抵效应基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。15例如，脆性的纤维增强体与韧性基体组成的复合材料，当两者界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性断裂。16在玻璃纤维增强塑料中，当玻璃纤维表面选用适宜的硅烷偶联剂处理后，与树脂基体组成的复合材料，由于强化了界面的结合，故致使材料的拉伸强度比未处理纤维组成的复合材料可高出30--40%，而且湿态强度保留率也明显提高。17但是，这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性能的降低。因此，在金属基、

5、陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合不一定是最适宜的。18相补效应和相抵效应常常是共同存在的。显然，相补效应是希望得到的，而相抵效应要尽量能够避免。所有这些，可通过相应复合材料的设计来加以实现。19相乘效应两种具有转换效应的材料复合在一起，即可发生相乘效应。例如，把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时，将可能产生具有电光效应的复合材料。20因此，通常可以将一种具有两种性能相互转换的功能材料X/Y和另一种换能材料Y/Z复合起来，可用下列通式来表示，即：式中，Ｘ、Ｙ、Ｚ分别表示各种物理性能。上式符合乘积表达式，所以称之为相乘效应

6、。21相乘效应的组合可以非常广泛，已被用于设计功能复合材料。常用的物理乘积效应见下表所示：22复合材料的乘积效应Ａ相性质Ｘ／ＹＢ相性质Ｙ／Ｚ复合后的乘积性质（Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／Ｚ压磁效应压磁效应压电效应磁致伸缩效应光导效应闪烁效应热致变形效应磁阻效应磁电效应场致发光效应压阻效应电致效应光导效应压敏电阻效应压敏电阻效应压电效应压力发光效应磁阻效应光致伸缩辐射诱导导电热敏电阻效应23诱导效应在一定条件下，复合材料中的一个组分材料可以通过诱导作用使另一个组分材料的结构改变，从而改变整体性能或产生新效应。这种诱导行为已在很多实验中发现

7、，同时也在复合材料界面的两侧发现。24例如，结晶的纤维增强体对非晶基体的诱导结晶或晶形基体的晶形取向产生作用。在碳纤维增强尼龙或聚丙烯中，由于碳纤维表面对基体的诱导作用，致使界面上的结晶状态与数量发生了改变，如出现横向穿晶等，这种效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的作用。25共振效应两个相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、磁的共振。由不同材料组成的复合材料，其固有频率不同于原组分的固有频率，当复合材料中某一部位的结构发生变化时，复合材料的固有频率也会发生改变。26利用共振效应，可以根据外来的工作频率，改变复合材料固有频率而避免材料在工

8、作时引起的破坏。对于吸波材料，同样可以根据外来波长的频率特征，调整复合频率，达到吸收外来波的目的。27系统效应这是材料的一种复杂效应，至目前为止，这一效应的机理尚不很清楚，但在实际现象中已经发现这种效应的存在。28例如，交替叠层镀膜的