复合材料的性能

什么是复合材料国际标准化组织给复合材料的定义：复合材料是由两种以上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。复合材料的组分是多种多样的，并具有相对独立性，但复合后的性能却不是各组分材料之间性能的简单相加，而是合后的性能却不是各组分材料之间性能的简单相加，而是有着重要的改进意义。通常对复合材料的理解复合材料是由高分子材料、无机非金属材料或金属材料等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的主要特色，又能通过复合效应，获得原组分所没有的新的优越性能。1.高比强度和高比模量（或比刚度）比强度和比模量是材料的强度和弹性模量与其密度的比值，是度量材料承载能力的重要指标。比强度愈高，同一零件的自重愈小；比模量愈高，零件的刚性愈大。复合材料的突出优点是比强度和比模量高。如，碳纤维增强树脂复合材料的比强度和比模量是钢或铝合金的3倍或5倍以上。2.耐疲劳性好疲劳破坏是材料在交变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩展而形成的低应力破坏。复合材料的抗疲劳强度较好，一般金属材料的疲劳极限仅为其抗拉强度的40%~50%，而碳纤维不饱和聚酯树脂复合材料的疲劳强度可达其拉伸强度的70~80%。因此，复合材料制品具有相对较长的使用寿命。3.抗断裂能力强（冲击韧性）复合材料一般具有较高的断裂韧性，即较高的抗裂纹扩展的能力。这是因为：一是，当裂纹扩展遇到增强相时，增强体将抑制裂纹的进一步扩展，或使裂纹扩展发生偏转，增加材料的断裂能，从而提高材料的断裂韧性提高材料的断裂韧性。二是，以纤维料为增强体时，基体材料将其结合为一个整体，当少数纤维断裂时，载荷会重新分配，从而使构件不会在短时间内发生突然破坏，并且，由于破坏时，纤维的拔出将损耗大量的能量，从而提高材料的断裂韧性。4.减振性能好结构的固有振动频率与结构本身的质量、形状有关，并与材料的比模量的平方根成正比。复合材料的比模量较高，因此具有较高的固有振动频率。复合材料是由不同材质的两相以上的材料复合而成复合材料是由不同材质的两相以上的材料复合而成的，基体材料与增强相材料具有不同的固有振动频率，导致在基体和增强体的界面具有良好的吸振能力，阻尼特性好，即使结构中有振动产生，也会很快衰减。如果材料的固有振动频率高，就可以避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。5.高温性能好，抗蠕变性能强很多纤维增强复合材料所用的纤维为无机非金属材料，如，碳纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、氧化锆纤维等，因此增强体在高温下仍表现出良好的力学性能，导致相应的复合材料具有较高的耐热性能，表现出较好的高温性能和高温抗蠕变性能。好的高温性能和高温抗蠕变性能铝合金的强度随温度的升高下降很快，而用碳纤维增强后，同样温度下强度与模量基本不变。树脂基纤维复合材料的高温性能一般都比相应的塑料有明显提高。6.耐腐蚀性能好很多复合材料都能耐酸、碱腐蚀。如，玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，在含有氯离子的酸性介质中能长期使用，可用来制造耐酸、碱、盐、酯和某些溶剂的化工管道泵阀容器搅拌器等设备化工管道、泵、阀、容器、搅拌器等设备。7.具有良好的耐磨性与自润滑性能使用适当的塑料与金属材料，钢、青铜等复合，可以用作轴承材料，具有良好的耐磨性能和自润滑性能。8.复合材料具有不均匀性和各向异性的特点复合材料的性能与基体材料和增强体的性能、含量，以及两者之间的配合，如界面的结合程度、增强体在基体材料中的分布状况等有关；基体材料和增强材料性能的不同以及增强体分布的基体材料和增强材料性能的不同，以及增强体分布的不均匀和织构导致复合材料的不均匀性和各向异性。9.成型方便性纤维树脂基复合材料所用的基体材料树脂在固化成型前具有良好的流动性，所用的纤维材料一般也具有良好的柔软性，使得复合材料可以方便的成型出任何形状的产品状的产品。复合材料的成型方便性使得复合材料构件或制品可以在复合材料的制备过程中实现一次定型，减少制品的连接、拼装等工艺。