复合材料.ppt

复合材料在工业设计中的应用复合材料的发展史与现状•一.复合材料的定义：•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组合而成的一种多相固体材料。•二.复合材料的特征：•1.材料结构的可设计性•2.结构整体性能好•3.抗疲劳性能好•4.破坏安全性好•5.成型工艺简单、灵活•复合材料性能不足之处1、横向拉伸强度和层间剪切强度低。2、断裂伸长率低，冲击韧性有时不好。3、制造是产品性能不稳定，分散性大，质检困难。4、老化性能不好。5、机械连接困难。6、成本太高。复合材料按基体材料分类热固性热塑性树脂基金属基碳基玻璃基水泥基陶瓷基复合材料复合材料的应用1.典型复合材料及应用①玻璃钢玻璃钢：用玻璃纤维增强的塑料既可以酚醛树脂、环氧树脂等热固型树脂为基体，又可以聚丙烯、ABS等热塑性树脂为基体特点：密度低、比强度高密度：1.3~2.0g/cm³玻璃钢产品②碳纤维增强复合材料由碳纤维与酚醛、环氧、聚酯、聚四氧乙烯等树脂组成的复合材料特点：密度更低，比强度和比模量更高具有优良的疲劳性能、耐冲击性能、自润滑性能和耐磨、耐蚀、耐热性能飞机上用的复合材料增韧石墨石墨混杂复合材料玻璃纤维大推力、高涵道比涡扇发动机大量运用了复合材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶盘。B-2隐形轰炸机除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。轻巧的碳/碳复合材料全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客舱内站立高度为1.65米。目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而某些直升机早已达到90%荷兰计划研发新型绿色环保飞机外形将酷似飞碟,另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。复合材料军用吉普车玻璃纤维/碳纤维/增强树脂美洲轻木泡沫超级跑车车身大量应用碳纤维复合材料体育休闲用品应用这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域。1.高尔夫球拍：4000万只/年，约占总数的80%以上，“已碳化了”。2.其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等）：500～600万只/年，几乎独占市场。3.钓鱼杆：1200万只/年，约占总数的50%以上。4.自行车：12万辆/年。5.其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。前4项约占CF耗量的85%左右，其他只占15%左右。体育休闲用品应用--钓鱼竿体育休闲用品应用--网球拍体育休闲用品应用--滑雪板台湾复合材料产业：•台湾素有“复合材料体育用品王国”之称，当局一直把复合材料产业作为24项支柱产业之一予以支持发展。•规模大、产品新、市场观念强、重开发、注意成果转化形成生产力，经费充足、人才档次高。•台湾碳纤维约有3000吨/年的产能。体育休闲用品应用山地车这是一个覆盖甚广，内容甚多，也是一个发展最快，前景最好的应用领域。1、基础设施领域（混凝土结构加固补强）基础设施（Infrastructure）系指建筑领域的房屋、桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要的应用领域。•结构应用：承拉索、护栏、扶手、梁、柱、杆、板、桩、桁架、构架、格栅、筋条（代钢筋）。•修复、加固、更新：层压板、包缠料（片材）。工业应用建筑领域中的复合材料的应用建筑领域中的复合材料的应用建筑领域中的复合材料的应用建筑领域中的复合材料的应用生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级RTP复合材料新型日光温室复合材料温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成绿可木，生态木塑复合材料，木塑复合材料吸音板复合材料（玻璃钢）制品采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑碳纤维/树脂复合材料碳/碳复合材料生物医学制品和体育运动复合材料被用来预防受伤，矫正生理机能，和帮助病人复原。生物医学制品和以体育运动器材为主的碳纤维复合材料制品热塑性复合材料再近20年中，增长速率持续较快，是热固性的3倍。JS系列自润滑复合材料与部件三维纺织预成型技术和RTM技术是研制和开发高性能复合材料结构件的关键技术。RTM成型的复合材料头盔。•锂/复合材料聚合物电解质-热电池粒子增强SiC陶瓷基复合材料颗粒增强铝基泡沫复合材料碳黑增强橡胶•聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料。•陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。•金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。•碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。硬质合金组织(Co+WC)硬质合金铣刀•硬质合金主要有钨钴(YG)和钨钴钛(YT)两类。牌号中，YG后的数字为含Co量，YT后的数字为碳化钛含量。•硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在刀体上使用。硬质合金模具硬质合金轴承刀具•层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。层状陶瓷复合材料断口形貌三明治复合•双金属、表面涂层等也是层状复合材料。•结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、运输及包装等。有TiN涂层的高尔夫球头铝合金蜂窝夹层板层状复合聚合物基纤维增强复合材料零件芳纶刹车片高温构件碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机复合材料在航空中的应用美国F/A-18歼击机美UH－60A型直升飞机聚合物纳米复合材料聚合物层状粘土传统的复合材料插入的纳米复合材料片状剥离的纳米复合材料新型的纳米黏土片层越小，分散得越好，则复合材料的性能越好复合材料的铺层优化设计当前常用的模压料品种有热固性复合材料，包括SMC、BMC和TMC等；热塑性复合材料材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔的前提，满足产品设计的要求。纳米材料:纳米材料是由纳米级原子团组成的，由于其独有的体积和表面效应，它从宏观上显示出许多奇妙的特征。制备纳米粒子的物理方法1．球磨6．纳米气流粉碎气流磨5．胶体磨4．搅拌磨3．振动磨2．振动球磨实施方法球磨机是目前广泛采用的纳米磨碎设备。它是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎，经几百小时的球磨，可使小于1μm的粒子达到20％。球磨机球磨(Milling)滚筒式球磨花粉是纳米级的粒子病毒也是纳米级的,３0-100nm.胶体磨纳米气流粉碎气流磨采用气流粉碎处理的WC粉末更加分散，团聚的情况更小，并且没有尺寸很大的颗粒存在，粉末整体性能较好纳米绘画艺术——纳米中国这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。碳纳米球（富勒稀）TheNobelPrizeinChemistry1996fordiscoveryoffullerenes（C60).碳原子组成的小单元看起来和足球一样。碳原子的活性差，导电，非常稳定。绝佳的材料和电性能到此结束，谢谢观映制作时间：2011、6、15