2014复合材料课程课件

1复合材料北京化工大学徐樑华办公电话：6443591364434915e-mail:[e-mail](先进复合材料)国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter2国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter概述一、先进复合材料的作用和意义复合材料的含义含有两种或两种以上材料成分根据组成复合材料原材料特性分为传统复合材料和先进复合材料3性能要求一般或较好的结构材料看台椅性能要求一般或较好的功能材料国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter传统复合材料与人民生活密切相关4国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter航天航空领域不可替代的关键战略材料先进复合材料（ACM）含有新的高性能纤维的复合材料5国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter？国民经济领域不可缺少的关键基础材料6国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter海洋风机高速列车民用航空？！！！海洋平台国民经济应用领域不断拓展7国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter先进复合材料主要成员等……纤维增强热固性树脂复合材料纤维增强热塑性树脂复合材料纤维增强碳基复合材料（C/C）纤维增强金属基复合材料（CFRM）纤维陶瓷基复合材料（CFRC）纤维增强橡胶复合材料纤维增强木材复合材料纤维增强混凝土复合材料81、油田开采我国：油井十余万口左右2000米以上的占15%，腐蚀性井占15%以上普通钢质抽油杆，3000公斤/每千米国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter91、油田开采普通钢质抽油杆，3000公斤/每千米碳纤维抽油杆1，144公斤/每千米碳纤维抽油杆2，200公斤/每千米国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter节能20%以上,增产20%以上10国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter50口油井应用国产碳纤维复合材料抽油杆结果统计统计项目单井产液量泵效光杆悬点载荷综合节能使用效果提高4-8t/d提高约24％降低45%以上约50%以20%油井采用碳纤维抽油杆计算节能10亿kW·h11国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter如果全球风力发电技术和规模水平能达到利用10%的风能资源，那就足以承载全球1/4的电力需求量2、风电领域12国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter在输送相同的电荷条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失6%-8%我国每年在线路上白白损失掉的电量高达1168亿度3、输电领域13飞行器中的不可替代作用国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter4、航空领域A380首飞时的起飞重量为421吨(928300磅)14飞机的重量构成结构部件约30%燃料30~35%引擎装备约20%收益负重15~20%一架总重170吨的飞机，若减重1%，一年可节约300~600万美圆引擎减轻机翼起落架燃料结构材料减轻效益3－7倍国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter15B777-11%A380—25%B787-50%国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter战斗机的载荷及航程意义第三代战机、第四代战机、轰炸机等军机B2—50%16和平来自于有效的威慑安全需要技术支撑国际形势－－实力政策国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter5、航天领域17国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter7、建筑工程领域的应用一道难题摆在北京市运输管理局的面前：要将总重达533吨、长79米、高5.2米的奥运配套设施“巨无霸”燃气机从天津运往北京，需经过35座桥梁。其中必经的京塘旧路榆林庄桥由于使用年代较久，桥梁安全系数难以达到要求。而就在“巨无霸”到达的前一天，专家对桥梁采用了贴碳纤维“布”（膜）的方法，完成了对榆林庄桥15片梁的加固工作，从而确保有史以来进入北京四环以内最重设备的运输安全。18材料材料发展的必然规律----复合的固有优势自然界的选择人民生活的选择各种高新技术进步的要求合成或制造能满足各种高水平综合指标的单质材料困难顾此失彼周期长二、先进复合材料的主要研究内容国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter复合材料19复合材料应用领域的拓展二十世纪50年代开始先进复合材料研究历史复合材料技术的迅猛发展国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter20先进复合材料技术包含下列部分国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter原材料高性能的填充物及应用技术高性能基体材料理想的界面特性复合材料设计及力学特点复合材料成型技术复合材料失效分析、安全评价复合材料修补和连接技术复合材料性能表征和测试技术21树脂基体金属基体无机非金属基体复合型基体国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1）原材料基体：填充剂：功能型结构型22填充剂的表面结构设计与控制---表面处理改善界面特性的辅料/助剂2）基体与填充剂之间的界面国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter4）成型方法成本控制的意义3）复合材料设计及力学特点根据应用需要，结合复合材料组成特点，开展结构设计和加工设计235）复合材料失效和安全评价复合材料损伤修补-----修补材料与技术复合材料间连接技术复合材料与其他材料间连接技术化学连接物理连接物质属性连接性损伤等等国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter重要的社会与经济意义6）复合材料修补和连接技术24基本材料特力学特性功能特性使用特性相关性能测试技术复合设计数据库7）复合材料性能表征和测试技术国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter25树----纤维素纤维+木质素及半纤维素1、复合材料是一个需要长期科学研究的重要领域国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1）天然复合材料伴随着自然界的生存与发展天然材料几乎都是复合材料复合采用了自然规律三、先进复合材料的历史角色26国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter27特点:按照需要自然地生长受了伤自己能够恢复—再生能力非常强韧的结构骨----胶原纤维的有机物+磷酸钙的无机物国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1）天然复合材料伴随着自然界的生存与发展28生活中提炼解决初级水平的装备问题国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter2）传统复合材料与人民生活密切相关草茎与泥土的复合玻璃纤维增强塑料293）人类在材料制造方面的局限性也促使复合材料的不断发展限定在很小的特定性能及机能上人类已进入了能够制造超天然物质的复合材料阶段综合性角度，要制造像天然物质那样精巧的复合材料人类的能力多少显得有些不够仿生复合材料发展的源泉国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter302、复合材料的特性决定了其巨大的发展潜力国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1）单一成分物质,有其来自自身性质的界限高分子材料老化与耐温性金属材料的比重与加工性陶瓷材料的脆性新的成型方法和技术不断开发轻质高强（高性能）多功能（特显功能）31基体技术？填充剂技术？第三代复合材料国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter2）复合材料发展趋势32资源和能源信息提高生活质量国防价格与水平影响竞争力！国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter21世纪复合材料面临的机遇与挑战33先进复合材料为主了解高性能纤维材料讲座/讲课课堂笔记/理解掌握四、本课程讲授特点国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter34概述第一章复合材料的组成第二章复合材料增强剂第三章复合材料的界面问题第四章复合材料的若干基础问题第五章树脂基复合材料第六章金属基复合材料第七章陶瓷基复合材料第八章特种复合材料第九章复合材料的应用本课程主要内容：国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter35《先进复合材料制造技术》T.G.古托夫斯基主编李宏运等译化学工业出版社《聚合物复合材料》黄丽主编中国轻工业出版社《复合材料入门》大谷杉郎著纪桂荣译冶金工业出版社《CarbonFiberComposites》DEBORAHD.L.CHUNG《碳纤维及其复合材料》贺福中国轻工业出版社《新型碳材料》沈增民等化学工业出版社《先进树脂基复合材料制造模拟与优化技术》陈祥宝等化学工业出版社主要参考教材国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter361、复合材料的历史价值第一章复合材料组成国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1）自然界有动、植物出现以后，即存在复合材料动、植物体内的天然复合材料早在古埃及文明时代，就有纤维增强复合材料埃及宫殿王座的木制椅使用了复合材料使用稻草增强晒干土砖37二十世纪70年代则相继开发了钢纤维增强混凝土（SFRC）玻璃纤维增强水泥（GRC）玻璃纤维增强塑料类复合材料高性能纤维的复合材料它们已经作为现代社会的结构与功能材料被广泛应用到了近代国家碳纤维工程技术研究中心NationalCarbonFiberEngineeringResearchCenter1900年开发了石棉板382)复合材料的出现利用化学反应的物质合成通过物质的组合，制成具有新特性的物质设计自由度大，新材料种类层出不穷国家碳纤维工程技术研究中心Nati