第10章复合材料的界面 1
1 第10章 复合材料的界面
10.1 复合材料概述 复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定工艺制成的多 相材料，并具有与原组成材料不同的新的性能。 包括三层意义： 口它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法 分离的材料。 ▣ 它可以在人为控制下以某种工艺将几种分离的不同材料混合在一起， 形成复合材料。 ▣ 它的性能应优于各单独的组分材料，在某些方面可能具有组分材料没 有的独特性能。 2
2 10.1 复合材料概述 复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定工艺制成的多 相材料，并具有与原组成材料不同的新的性能。 包括三层意义： 它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法 分离的材料。 它可以在人为控制下以某种工艺将几种分离的不同材料混合在一起， 形成复合材料。 它的性能应优于各单独的组分材料，在某些方面可能具有组分材料没 有的独特性能
复合材料的结构： 口基体相 ▣ 增强相 ▣ 相与相之间存在界面。 复合材料按基体分类 口聚合物基复合材料 热塑性聚合物基：PP、PE、尼龙、PVC 热固性聚合物基：不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等 ▣ 金属基复合材料 无机非金属基复合材料： 陶瓷基、水泥基、玻璃基 3
3 复合材料的结构： 基体相 增强相 相与相之间存在界面。 复合材料按基体分类 聚合物基复合材料 热塑性聚合物基：PP、PE、尼龙、PVC 热固性聚合物基：不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等 金属基复合材料 无机非金属基复合材料： 陶瓷基、水泥基、玻璃基
复合材料的特性 (1).轻质高强 复合材料的密度低，在1.42.0之 间，约为钢的1/5，铝的1/2，因而 其比强度（抗张强度与密度的比）、 比模量（弹性模量与密度的比）比 钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环 氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝 合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛 的4倍。轻质高强是复合材料适宜用 作航空、航天材料的宝贵性能
4 复合材料的特性 (1). 轻质高强 复合材料的密度低，在1.4～2.0之 间，约为钢的1/5，铝的1/2，因而 其比强度（抗张强度与密度的比）、 比模量（弹性模量与密度的比）比 钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环 氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝 合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛 的4倍。轻质高强是复合材料适宜用 作航空、航天材料的宝贵性能
一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模量 材料 密度 拉伸强度 弹性模量 比强度 比模量 (g/cm3) (GPa) (102GPa) (10cm) (108cm) 钢 7.8 1.03 2.1 1.3 2.7 铝合金 2.8 0.47 0.75 1.7 2.6 钛合金 4.5 0.96 1.14 2.1 2.5 玻璃纤维复合材 2.0 1.06 0.4 5.3 2.0 料 碳纤维虹/环氧 1.6 1.07 2.4 6.7 15 复合材料 碳纤维II/环氧 1.45 1.50 1.4 10.3 9.7 复合材料 有机纤维/环氧 1.4 1.40 0.8 10.0 5.7 复合材料 硼纤维/环氧复 2.1 1.38 2.1 6.6 10 合材料
5 一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模量 材料 密度 （g/cm3） 拉伸强度 （GPa） 弹性模量 （102GPa） 比强度 （106cm） 比模量 （108cm） 钢 ７.８ １.０３ ２.１ １.３ ２.７ 铝合金 ２.８ ０.４７ ０.７５ １.７ ２.６ 钛合金 ４.５ ０.９６ １.１４ ２.１ ２.５ 玻璃纤维复合材 料 ２.０ １.０６ ０.４ ５.３ ２.０ 碳纤维I／环氧 复合材料 １.６ １.０７ ２.４ ６.７ １５ 碳纤维II／环氧 复合材料 １.４５ １.５０ １.４ １０.３ ９.７ 有机纤维／环氧 复合材料 １.４ １.４０ ０.８ １0.０ ５.７ 硼纤维／环氧复 合材料 ２.１ １.３８ ２.１ ６.６ １０