《聚合物复合材料》ppt课件

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1、聚合物复合材料石光教授、王玉海老师华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所教材及参考书黄丽陈晓红宋怀河聚合物复合材料中国轻工出版社2006.9(教材）周曦亚复合材料化学工业出版社2005.1华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所第一章绪论1.1复合材料的发展史天然复合材料：木材，骨骼、竹子、肌肉、贝壳及其它组织。例如木材:细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种成分构成木材的微纤丝A.微纤丝B.结晶区C.非结晶区电子显微镜下木材管胞壁的分层结构模式ML.胞间层；P.初生壁；S1.次生壁外层华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复

2、合材料的发展史例如骨骼：由30%的有机质和70%无机质所组成，而70%的无机质当中磷酸钙占了95%。简单说，钙质约占骨骼的65%-70%，是骨的主要成分。密质骨基体中细小致密的纳米羟基磷灰石华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所第一章绪论复合材料的优点：取长补短、协同增效、特殊功能。以天然材料为原料的复合材料：天然纤维与黏土、天然树脂虫胶与天然纤维、砂石水泥与钢筋等。1.1复合材料的发展史华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所第一章绪论聚合物与天然纤维：20世纪初，酚醛树脂与木屑、纸张、麻布等。聚合物与玻璃纤维：20世纪40年代，玻璃钢

3、——现代复合材料发展的标志。1.1复合材料的发展史玻璃钢冷却塔电木板华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史复合材料作为航空航天领域的发动机壳体材料金属材料是最早应用的固体火箭发动机壳体材料，其中主要是低合金钢.其优点是成本低、工艺成熟、便于大批量生产,特别是后来在断裂韧性方面有了重大突破,因此即便新型复合材料发展迅速,但在质量比要求不十分苛刻的发动机上仍大量使用。华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史利用纤维缠绕工艺制造固体发动机壳体,是近代复合材料发展史上的一个重要里程碑,但玻璃钢比强度仍不

4、是很高,弹性模量也偏低,继后已逐渐为芳纶及碳纤维复合材料取代。华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史芳纶是芳族有机纤维的总称,最早问世的是美国的凯夫拉-49,属于全对位的聚芳酰胺纤维。它的强度是铝的2倍,而密度仅为其1/2,弹性模量是E玻璃纤维的2倍。因此自70年代问世后立即用于美国MX、“潘兴-2”等战略战术导弹和各种航天用固体发动机,一度居于统治地位。 前苏联也开发了多个芳纶品种,如CBM、APMOC性能优于美国。APMOC纤维强度比凯夫拉高38%,模量高20%,纤维强度转化率己达到75％以上，是目前实际使用中

5、性能最高的芳纶纤维,达到美国第三代碳纤维水平,已用于前苏联SS-24,SS-25等洲际导弹。据报道近年来又有新的发展,强度已达到6.9GPa,模量接近200GPa。华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史80年代中期以来，碳纤维开发迅猛发展,性能水平大幅度提高,抗拉强度由初期的2.5GPa提高到目前的7.0GPa,并且有了优良的表面处理剂和树脂基体的配合，强度转化率提高到85~95,碳纤维的应用使壳体强度和刚度大为改观,而大规模生产又使碳纤维价格有了较大幅度的下降，因此当前先进固体发动机均优先选用碳纤维复合材料壳体。固

6、体发动机壳体使用的大都是高强中模碳纤维。根据键能和键密度计算得出的单晶石墨理论强度高达15OGPa,因此碳纤维进一步开发的潜力是巨大的,它将是本世纪初固体发动机壳体的主要材料。华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史与液体火箭结构类似，差别在于固体火箭的箭体同时又是发动机的壳体燃料用的高压容器、直升机旋翼桨叶。随着新型增强体及基体的应用，复合材料的发展进入了新的阶段。复合材料不仅应用于一般的航空结构件，更可用作承力结构件。航天航空飞行器注重结构重量，要求高的比强度、比模量的复合材料。华南师范大学化学与环境学院材料科学研

7、究所1.1复合材料的发展史各种材料的力学性能材料名称相对密度/(g/cm3)拉伸强度/×104（kg/cm2)弹性模量/×106（kg/cm2)比强度/×107cm比模量/×109cm钢7.81.032.10.130.27铝2.80.470.750.170.26钛4.50.961.140.310.25玻璃纤维复合材料2.01.060.40.530.20碳纤维Ⅱ/环氧树脂1.451.51.41.030.97碳纤维Ⅰ/环氧树脂1.61.072.40.671.5芳纶纤维/环氧树脂1.41.40.81.00.57硼纤维/环氧树脂2.11.382.1

8、0.661.0硼纤维/铝2.651.02.00.381.75华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所1.1复合材料的发展史对复合材料的性能要求：经典的碳纤维增强复合材料，要求质量