电子产品结构材料特性和选择方法 第 6 讲 复合材料 (XXXX0905)

电子产品结构材料特性和选择方法第六讲复合材料（1课时）第六讲复合材料6.复合材料6.1碳纤维6.1.1物理和力学性能6.1.2碳纤维应用6.2纳米磁性复合材料6.3塑木复合材料第六讲复合材料复合材料(Compositematerials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(Reinforced)组合而成的材料。它与合金不同在于合金是两种以上属组成的。而复合材料则是由非金属和金属材料组成的,或者由两种非金属材料组成的，而且是物理混合或者层压组合而成。6.1碳纤维6.1.1物理和力学性能*碳素纤维（Carbonfiber）主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维的比重为1.8左右。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。它又简称碳纤维,含碳量都在95%以上。第六讲复合材料*目前具有工业意义的原丝仅有聚丙烯腈纤维(PAN)和中间相沥青(苯可溶各向异性沥青)，各国生产碳纤维主要是以聚丙烯腈纤维为原料，经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝(直径5~10μm)。*碳纤维的原料形态有长丝、短纤维和短切纤维；碳纤维复合材料的成品形态有板、布、毡、管等。第六讲复合材料*碳纤维按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000MPa、弹性模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、弹性模量250GPa）和高弹型（弹性模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；弹性模量大于450GPa的称为超高模型。第六讲复合材料表6-1碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)的性能2019/8/4第六讲复合材料6.1.2碳纤维应用*碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷等材料中，构成复合材料或者合金材料。*碳纤维复合材料主要有碳纤维树脂基、铝合金基、镁合金基材料。碳纤维复合材料的强度、韧性、弹性极好，远超过铝、镁和钛合金。第六讲复合材料*IBM很早就采用了碳纤维制造笔记本电脑，如全球售出200万台的IBM600系列笔记本电脑。据该公司的报告称碳纤维强韧性是铝镁合金的两倍。*碳纤维而且散热效果最好，因此碳纤维机种的外壳摸起来最不烫手。在冬天，碳纤维材料壳体表面不像镁合金那么冰凉，手感比较舒服。另外，碳纤维的表面着色比较困难，所以产品一般均用黑色或深色。第六讲复合材料*碳纤维是一种导电材质，可以起到类似金属的屏蔽作用。*索尼TX系列笔记本电脑也是使用了碳纤维外壳。*碳纤维还有其特殊用途。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用碳纤维炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，这些导电性纤维形成的覆盖云层使供电系统短路。第六讲复合材料图6-1索尼TX系列碳纤维笔记本电脑第六讲复合材料卫星天线接收面和支架（嘉兴天翼）飞机黑盒子罩图6-2碳纤维产品第六讲复合材料6.2纳米磁性复合材料1.纳米磁性材料*纳米磁性材料(nanometermagneticmaterials)由强磁性(铁磁性和亚铁磁性)材料制成的粒径约1～100nm的超细微粉(纳米磁粉)，或由纳米磁粉制成的固体磁性材料和薄膜磁性材料的统称。由于纳米物质的许多性质既不同于一般的宏观物质，也不同于微观的原子和分子，故又称介观物质。2.纳米磁性材料复合材料制备时将纳米磁性材料如Fe3O4包覆在SiO2等材料表面.形成纳米磁性材料复合材料，有良好的电波吸收功能，所以也是一种飞机隐身材料。第六讲复合材料*金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米级超细粉在细化过程中处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性。在微波的辐射下，原子核电子活动加剧，促使磁化，使电子能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收，同时金属的高反射性能使材料具有良好的红外辐射性能。*纳米隐身材料大多是以磁性金属纳米材料为主体构成的纳米复合材料。纳米隐身材料具有纳米尺寸效应、界面效应、纳米非均匀性和各向异性等特点，可在微波频段实现高磁导率、高磁损耗，达到宽频带强吸收的目的。6.3塑木复合材料1.塑木复合材料（WoodPlasticComposite，WPC）是采用木纤维或植物纤维以各种不同的形态作为增强材料或填料，经过预处理后使之与热塑性树脂（PP、PE、PVC等）或其他材料复合而成的一种新型环保复合型材料。这种材料在反腐、防水、强度方面大大优于木材。第六讲复合材料图6-3ＰＰ与木屑做的地板、包装材料等第六讲复合材料2.麻增强聚丙烯（Hemp-FibreReinforcedPP）麻增强聚丙烯材料具有突出的优点：密度小，含50%麻纤维的聚丙烯密度仅为1.08g/cm3；除冲击韧性外，强度和刚性好，特别是有很高的弯曲模量；可在现有的注塑成型机上用原来的模具成型加工；冲击破碎时无尖锐边缘，具有更高的耐热性和更好的隔热、隔音特性；可循环使用，可以做为一些低强度结构件。第六讲复合材料6.4其它复合材料1.玻纤+塑料详见PCB材料。2.硼纤维复合材料硼纤维+铝基复合材料；硼纤维+塑料复合材料。可以做为结构件材料，光纤材料。美国“SpecialtyMaterialsInc”是硼纤维复合材料制造的知名厂商。一种硼纤维复合材料如下表所示。第六讲复合材料表6-2硼纤维光纤复合材料第六讲复合材料小结：•复合材料是材料科技的一个发展方向。•碳纤维复合材料的特性主要是其高的弹性模量和低的比重。•复合材料的外观不美观，难与处理是制约电子产品大量使用的一个重要原因。•碳纤维复合材料在运动、航空、航海、雷达产品中的应用有不可替代的优越性。