《高分子复合材料》讲义.doc

PAGE 1 《高分子复合材料》讲义 16学时 简介 课程性质：专业选修课。 课程目的及任务：本课程要求学生在学过高分子化学、高分子物理等课程的基础上，使学生通过对《高分子复合材料》的学习，了解高分子复合材料的基本概念及原理，高分子复合材料的主要组成、性能特点、应用、制造方法，以及发展中存在的问题和未来发展趋势，进一步了解高分子复合材料的研究方向，从而拓宽学生对高分子复合材料的认识。 教学重点：高分子复合材料的概念、组成和分类；复合材料的性能特点；复合材料的基体和增强材料；复合材料的主要成型工艺、复合材料界面及界面处理； 复合效应。 绪论 （2学时） 材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步的里程碑。人类的文明史也就是材料的进步史。 当前以信息、生命和材料三大学科为基础的世界规模的新技术革命正蜂拥兴起。材料科学的发展史与现状表明，人类在科学技术上的进步往往是与新材料的出现和应用分不开的。特别是近30年来，科学技术发展迅速，尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高、越来越严、越来越多的要求，如减轻重量、提高强度、降低成本等。在新材料的研究开发、应用和特种性能的充分发挥以及传统材料的改性等诸多方面，材料科学都肩负着重要的历史使命。 随着现代科学技术的进步和现代工业的发展，不仅要求材料具有高强度、高模量，还要低密度、耐高低温、耐烧蚀、耐磨、导电、导磁等等特殊性能，在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要，而要合成出一种新材料来满足高要求的综合性能指标也是非常困难的，因此，人们把两种或两种以上的材料制成复合材料，以克服单一材料在使用上的性能弱点，改进原来单一材料的性能，并通过各组分的组成、结构、含量及不同方式的复合，可以出现原来单一材料所没有的新性能，达到材料的综合利用，提高使用与经济效益。 复合材料（Composite materials或Composites）的出现与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。人们对材料的研究正逐步摆脱单靠经验摸索的方法，而向着按预定性能设计材料的方向发展。复合材料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、复合而成为综合性能优异的新型材料。可以预言，21世纪是复合材料的时代。 复合材料的概念 广义复合材料的范围十分广泛，如木材是纤维素和木质素的复合物；合金可以看成不同金属的复合；钢筋混凝土是钢筋和水泥、砂石的人工复合材料；塑料、橡胶一般都含有各种填充剂，也是一种复合材料。 广义来说，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，用适当的工艺方法，组合而成的具有复合效应的多相固体材料。复合效应是指复合产物的性能优于原组分的性能或具有新的性能特点。多相体系和复合效应是复合材料区别于其他材料的两个特点。 根据国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）为复合材料所下的定义，复合材料是由两种或两种以上的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。 在复合材料的结构中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着界面，分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散状的填料。 复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。基体：构成复合材料连续相的单一材料，如玻璃钢中的树脂就是基体，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用。增强材料：复合材料中不构成连续相的材料，一般为分散相。如玻璃钢中的玻璃纤维就是增强材料，主要起承受应力和显示功能的作用。这两相最终以固相材料出现，复合产物为固体材料才称得上复合材料，若复合产物为液体或气体时就不叫复合材料。 复合材料可以是由一个连续物理相与一个分散相的复合，也可以是两个或多个连续相与一个或多个分散相的复合。 复合材料的组分材料虽保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而有着重要改进。复合材料既能保持原组成材料的重要特性，又可通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得原组分不具备的许多优良性能。复合材料的最大特点是复合后的材料特性优于组成该复合材料的单一材料之特性。 复合材料具有如下特征：1、细观上是非均相材料，组分材料间有明显的界面；2、组分材料性能差异很大；3、组成复合材料后性能有较大改进；4、组分材料有一定的体积分数（应大于10%）。 决定复合材料性能的基本因素是：基体和增强材料的性能、组成、含量、基体材料与增强材料间的界面结合情况及其复合方式与工艺等。 现代材料学界中，复合材料应不包括自然形成具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合金。 复合材料的命名 事物的发展先于其科学的命名，常先用一些通俗、形象