复合材料定义

复合材料定义

?广义定义：复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。复合材料（Composite Materials ），以下简称CM。

?狭义定义：

?（通常研究的内容）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。

?基体相是一种连续相材料，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；

?增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。

CM与化合材料、混合材料的区别：

多相体系和复合效果是复合材料区别于传统的“混合材料”和“化合材料”

的两大特征。

举例：砂子与石子混合，合金或高分子聚合物

复合效应大致上可归结为两种类型：混合效应和协同效应

混合效应也称作平均效应，是组分材料性能取长补短共同作用的结果．它是组分材料性能比较稳定的总体反映．对局部的扰动反应并不敏感。在复合材料力学中，它与刚度问题密切相关，表现为各种形式的混合律，而且已形成比较成熟的理论体系，薄弱环节、界面、工艺因素通常对混合效应没有明显的作用。

协同效应反映的是组分材料的各种原位特性(in situ properties)。所谓的原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独存在时的性能，单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。

协同效应变化万千，反应往往比混合效应剧烈，是复合材料的本质特征。

按基体类型分类：

非金属复合材料：树脂基复合材料（玻璃钢），橡胶基复合材料（轮胎），陶瓷基复合材料（钢筋混凝土、纤维增强陶瓷）。

金属基复合材料：（纤维增强金属）

※按增强材料分类：

纤维增强复合材料：纤维增强橡胶（轮胎）、纤维增强塑料（玻璃钢、碳纤维增强塑料）、纤维增强陶瓷、纤维增强金属（碳纤维/铝锡合金）等。

颗粒增强复合材料：陶瓷颗粒----金属基（硬质合金），金属颗粒----塑料基等。

叠层复合材料：如双金属板，夹层玻璃，多层板等。

夹层结构复合材料：如多孔性铁基和青铜基自润滑衬套。

2、可设计性好

是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。

复合材料的性能1、轻质高强2、可设计性好3、工艺性能好4、热性能好5、耐腐蚀性能好6、电性能好7、其它特点：耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。

复合包装材料是由层合、挤出、贴面、共挤塑等技术将几种不同性能的基材结合在一起形成的一个多层结构，以满足运输、贮存、销售等对包装功能的要求及某些产品的特殊要求。

根据多层复合结构中是否含有加热时不熔化的载体(铝箔、纸等)，可以将复合材料分为层合软包装复合材料和塑料复合薄膜。

复合包装材料最常见的是复合薄膜材料，复合薄膜材料按组成它的基材不同大致分为：纸塑复合型塑塑复合型纸铝塑复合型等

复合包装材料的一般性质

从原则上讲，作为复合包装材料起码应具有以下性能：

（1）保护性，应有足够的力学强度，包括拉伸强度、破裂强度、耐折强度等。

另外，还有防水性、防寒性、密封性以及避光性、耐湿性、耐油性、绝缘性等等。

（2）操作性，即方便包装作业、能适应机械化操作，不打滑、不带静电、抗卷翘，耐隔离性好，有折痕保持性。

3）商品性，适宜印刷、利于流通、价格合理。有句广告词说：“你有产品，我有包装”，总之复合包装材料也是一种商品，要在市场上站得住、立得稳，必须有强势，归根到底是把好经济关，“价格”门槛要恰到好处。

（4）卫生性，无臭、无毒、污染少。复合包装材料本身要清洁，不能含有危害人体健康的化学成分。它的回收还是一个问题，值得进一步研究，加以妥善解决。包装复合材料组成基材粘合剂封闭物及热封合材料印刷与保护性涂料

粘合剂的主要功能是将两种材料粘合在一起。为了使两种材料粘合在一起，必须使材料表面具有“可润湿性”，因此粘合剂必须能在基材的表面均匀流动。

粘合剂对表面的润湿程度取决于粘合剂的表面张力和基材的表面能。

涂料定义：

涂料是一种含颜料或不含颜料的、用树脂及油等制成，涂覆在物体表面并能形成牢固附着的连续薄膜的包装辅助材料。

复合材料：由两个或两个以上的独立的物理相，包括黏结材料(基体)和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物，称为复合材料。简单地说，复合材料就是用两种或两种以上不同性能，不同形态的组分材料，通过复合手段组合而成的一种多相材料。(GB/T 3961-1993)

“两个或两个以上的独立的物理相”

界面是物相与物相之间的交界面。凡是不同相共存的体系，在相与相之间都存在着界面。

影响复合材料性能的因素(1)增强材料的性能。

(2)基体的性能。

(3)复合材料的结构及成型技术。

(4)复合材料中增强相和基体界面的结合状态，即界面层的性能。

界面是复合材料组成的重要组成部分，它的结构与性能，以及黏合强度等因素，会对复合材料宏观性能产生影响。

复合材料的两相一般总有一相以溶液或熔融流动状态与另一固相接触，然后进行固化反应，使两相结合在一起，软包装复合材料层合复合也是如此。

①基体与增强材料的接触与浸润过程；

②增强材料与基体材料之间的“固化”阶段。

塑料薄膜的鉴别方法很多，一般可分为物理方法和化学方法两种。

软包装材料的透明性是一般由透光率和雾度两个参数决定，前者决定可见性，后者决定清晰度，因此透明性的测定主要是测定软包装的透光率和雾度。透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比(以百分数表示)称透光率；透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比(以百分数表示)称为雾度。

测试仪器为透光率／雾度测定仪。

透气性是软包装材料的一个很重要的性能指标，常用透气量或透气系数来表

示。透气量是在恒定温度和恒定压差(一般为一个大气压差)下，某气体稳定透过单位面积24小时时的气体量(标准状态下) 。透气系数是在恒定温度和恒定压差下(一般为一个大气压差)，稳定透过单位面积、单位厚度材料的透气量(标准状态下)。

透气量和透气系数的测试设备为透气性测定仪，它是在一定的温度和湿度下，使试样的两侧保持一定的气体压差，测量试样低压侧气体压力的变化，从而计算出所测试样的透气量和透气系数。

透湿性是软包装材料的一个很重要的性能指标，常用透气量或透气系数来表示。透湿量又称水蒸气透过量，它是软包装材料两侧在水蒸气压差、薄膜厚度、测试温度和相对湿度都一定的条件下，透过单位面积24小时时的水蒸气量。透湿系数又称水蒸气透过系数，是在一定的温度和相对湿度下，在单位水蒸气压差下，单位时间内透过单位面积单位厚度的水蒸气量

复合包装设计原则

1．实现包装功能原则

包装具有保护容纳产品、方便物流(储存和运输)、促进销售和方便使用四大功能。

复合包装一般直接用于销售包装。

2．经济性原则合理

筛选最佳包装设计方案，其首当其冲的是经济性好，成本应尽可能的低；

同时也要讲究包装价值的对等性原则，即整个包装的价值应与产品的档次相对等。

既不能过度包装，造成包装浪费，又不能过于简单化包装，降低产品的附加值。

3．包装标准化、规范化原则目前，产品流通速度快，因而产品的包装，要求其机械化和自动化程度要非常高，以满足社会的各种需要。

需要复合包装基材的厚度、宽幅等标准化，以适合各种复合包装材料自动化复合设备、复合包装容器成型设备、高速印刷设备的流水线生产，同时节约复合包装基材。

4．品牌个性化原则

包装质量要求也越来越高

将企业文化、产品的传统文化与艺术等通过包装设计融入包装，以形成个性化包装、品牌包装，从而增强产品的竞争力，提高产品的附加值。

复合包装设计步骤1. 设计条件分析2. 方案设计3. 详细设计4. 验证和改进设计

材料组合的特性

CPP／OPP-------隔氧、耐油、防潮、透明度高、挺性好。

CPP／PET-------隔氧、防潮、保香、耐高温。

PE／OPP-------耐寒、防潮、低温热封拉力强。

PE／PET-------隔氧、防潮、保香。

PE／AL／PET-----隔氧、防潮、耐高温、保香、耐化学性。

PE／NY-------耐高温、耐化学性、耐油性。

注：CPP （流延聚丙烯）; OPP(定向聚丙烯); PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯); NY或PA(尼龙)

1）蒸煮包装袋

产品要求：用于肉类、禽类等包装，要求包装阻隔性好、耐骨头孔破，在蒸煮条件下杀菌不破、不裂、不收缩、无异味。

设计结构：

透明类：BOPA/CPP，PET/CPP，PET/BOPA/CPP，BOPA/PVDC/CPP，PET/PVDC/CPP，GL-PET/BOPA/CPP；

铝箔类：PET/Al/CPP，PA/Al/CPP，PET/PA/Al/CPP，PET/Al/PA/CPP。

设计理由：

PET：耐高温、刚性好、印刷性好、强度大。

PA：耐高温、强度大、柔韧性、阻隔性好、耐穿刺。

AL：最佳阻隔性，耐高温。

CPP：为耐高温蒸煮级，热封性好，无毒无味。

PVDC：耐高温阻隔材料。

GL-PET：陶瓷蒸镀膜，阻隔性好，透微波。

对于具体产品选择合适结构，透明袋大多用于蒸煮，Al箔袋可用于超高温蒸煮。

牛奶膜

?黑白膜的材料结构设计为外、中、内三层：

?材料组成为“聚乙烯+白母料/聚乙烯+白母料/聚乙烯+黑母料”。

?各层功能设计为：

?外层（印刷层）为白色，起阻湿、阻光作用；

?中间层为白色，起遮盖内层黑和阻湿的作用；

?内层为黑色，起避光和热封作用。

?它是一种新颖的包装材料，具有独特的避光阻氧功能；

?同时价格低廉（仅为利乐包的1/5）、运输方便、储存空间小、实用性强。

?在保持牛奶保质期的基础上，大幅度地降低产品包装成本，符合环保要求，避免

传统容器包装的缺陷，是目前最接近百姓生活的一种包装形式。

?目前，它主要有以下三种结构类型：

?（1）三层共挤黑白包装膜。材料结构组成为：PE+黑母料/PE+白母料/PE+白母料，见图1-4。

?内层为热封层，外层为印刷层。热封内层中所添加的黑色母料起到阻挡光线的作

用，中间层和外层添加白母料起到遮盖黑色和阻隔光线的作用。

?这种包装膜采用超高温瞬时杀菌（UHT）和双氧水（H2O2）杀菌法，常温下保质

期可达30天左右,而且价格低廉。

?（2）五层共挤黑白包装膜。材料结构组成PE+黑母料/粘合树脂/EVOH/粘合

?树脂/PE+白母料，与三层共挤黑白膜相比较，该包装膜的内层和外层功能内外层功能与其相同。

?不同之处在于，后者增加了中间阻隔层，中间阻隔层可以是PVDC、PAN、EVOH等高阻隔性树脂。

?（3）六层共挤黑白包装膜材料组成是PE+黑母料/粘合树脂/PVDC/粘合树脂/PE+白母料/PE+白母料。

?这种黑白膜为非对称结构，中间的阻隔层为PVDC树脂，其它三层可按客户对热封牢度要求而灵活选择热封在里层或外层，因此，此非对称结构更实用。这种包装膜属于高阻隔性包装材料，用其做成的牛奶包装具有较长的保质期，常温下可达90

天。

产品要求：阻隔性好，抗爆裂强度高，避光、热封性好，价格适中。

设计结构：白色PE/白色PE/黑色PE；

设计理由：外层PE光泽好，机械强度高，中间层PE为强度承担者，内层为热封层，具有避光、阻隔、热封性。

利乐包是瑞典利乐公司（Tetra Pak）生产纸质包装材料，由纸、聚乙烯和铝箔复合而成。其中，利乐砖材料组成为PE/PE/AL/PE/纸/PE，见图。

?利乐包在保护功能和满足情感需求之间找到了很好的平衡点。

?与塑料瓶、玻璃瓶相比，砖型和枕型的利乐包，容积率相对较大，而且这种包装形状更易于装箱、运输和存储。

?如果从技术角度来看，利乐包是由纸、铝、塑组成的六层复合纸包装，能够有效阻隔空气和光线，而这些正是容易让牛奶和饮料变质的杀手。

?利乐包装材料由纸板层、聚乙烯和铝箔组成。对于每一种形式的包装，接触食品的唯一材料都是食品级聚乙烯。纸板为包装提供坚韧度，塑料起到了防止液体溢漏的作用，铝箔能够阻挡光线和氧气的进入，从而保持了产品的营养和品味。（11）饮料包装袋

?产品要求：酸性饮料的PH值<4.5，巴氏消毒，一般阻隔性。

?中性饮料的PH值>4.5，杀菌，阻隔性要高。

?设计结构：

?酸性饮料：PET/PE（CPP），BOPA/PE（CPP），PET/VMPET/PE；

?中性饮料：PET/Al/CPP，PET/Al/PA/CPP，PET/Al/PET/CPP，PA/Al/CPP；

?设计理由：对于酸性饮料，PET、PA能提供良好阻隔性，耐巴氏杀菌，由于酸性延长了保质期；对于中性饮料，Al提供了最好的阻隔性、PET、PA强度高，耐高温杀菌。

金属基复合材料定义定义

以金属及合金为基体的复合材料，常见的有铝基、钛基、镁基、高温合金基等。

碳纤维的结构：

无定形结构、石墨结构和金刚石结构，最稳定的结构形态是石墨结构。碳纤维的结构主要以石墨微晶和无定形碳组成。

制备金属基复合材料的主要困难：

金属基复合材料在高温制造时将发生严重的界面反应、氧化反应等有害的化学反应;

金属基体与增强物之间浸润性差，甚至不浸润;

如何将增强物按设计要求的含量、分布、方向均匀地分布在金属基体中.

原位生成法指增强材料在复合材料制造过程中，在基体中自己生成和生长的方法，增强材料以共晶的形式从基体中凝固析出，也可与加入的相应元素发生反应、或者合金熔体中的某种组分与加入的元素或化合物之间的反应生成。前者得到定向凝固共晶复合材料，后者得到反应自生成复合材料。

原位生成复合材料的特点：增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体表面无污染，界面结合强度高。而且，原位反应产生的增强相颗粒尺寸细小、分布均匀，基体与增强材料间相容性好，界面润湿性好，不生成有害的反应物，不须对增强体进行合成、预处理和加入等工序，因此，采用该技术制备的复合材料的综合性能比较高，生产工艺简单，成本较低。从液态金属基体中原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的净近成形零件。

胶凝材料的定义:

经过一系列的物理和化学作用，能从可塑性浆体变成坚固的石块

体,并能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的

材料。

胶凝材料的分类:无机胶凝材料：硬性胶凝材料/硬性胶凝材料

有机胶凝材料如沥青、聚合物等

气硬性胶凝材料：

只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃及镁质胶凝材料（如菱苦土MgSO4等）。

水硬性胶凝材料：

不仅能在空气中硬化+而且能更好的在水中硬化，并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如各种水泥等。

陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。其显微结构是由原料、组成和制造工艺所决定的。

晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物三种。硅酸盐的基本结构是硅氧四面体（SiO4），构成不同结构的硅酸盐，大多数氧化物的结构是氧离子密堆的立方和六方结构，金属离子位于其八面体或四面体间隙中。

玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是粘接非晶态晶相，填充晶相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。

气相（气孔）是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量、形状、分布等的影响，气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗振性。

2、增强体

陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。

从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。

3、陶瓷基复合材料的界面

(1)、界面的粘结形式

对于陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种：

A 机械粘结

B 化学粘结

(2)、界面的作用

对于陶瓷基复合材料来讲，界面粘结性能影响陶瓷基体和复合材料的断裂行为。

对于陶瓷基复合材料的界面来说，一方面应强到足以传递轴向载荷，并具有高的横向

强度；

另一方面，陶瓷基复合材料的界面要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。

因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最佳的界面强度。

(3)、界面性能的改善

为获得最佳的界面结合强度，我们常常希望完全避免界面间的化学反应或尽量降低界面间的化学反应程度和范围

在实际应用中，除选择纤维和基体在加工和使用期间能形成稳定的热力学界面外，最常用的方法就是在与基体复合之前，往增强材料表面上沉积一层薄的涂层。

陶瓷基复合材料的强韧化机理

界面的性质还直接影响了陶瓷基复合材料的强韧化机理。

4 陶瓷的增韧机理

相变增韧第二相增韧微裂纹增韧裂纹偏转

陶瓷的断裂主要是由于裂纹扩展导致的，阻止间断裂纹的扩展的方法有三种： （1）分散裂纹尖端应力；

（2）消耗裂纹扩展的能量，增大裂纹扩展所需克服的能垒；

（3）转换裂纹扩展的能量。

相变增韧的机理是在应力场的作用下，由分散相的相变产生应力场，抵消外加应力，阻止裂纹扩展达到增韧目的。

例子：ZrO2相变增韧，ZrO2增韧Al2O3

（2）第二相增韧延性相增韧、脆性纤维和晶须增韧

延性相增韧

一方面对某些延性相粒子，它可以在外力作用下产生一定塑性变形或者沿着晶面滑移产生蠕变来缓解应力集中；

另一方面由于第二相粒子与基体粒子之间弹性模量和线胀系数的差异，在烧结过程冷却阶段存在一定温差，因而在坯体内部产生径向张应力和切向压应力，这种应力与外应力发生相互作用，使裂纹前进方向发生偏转、绕道，从而提高材料的抗断能力，达到增韧目的。

纤维增强

?例子：在单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料中，当裂纹扩展遇到纤维时会受阻，这时，如果要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。

实际材料断裂过程中，纤维的断裂并非发生在同一裂纹平面，这样主裂纹还将沿纤维断裂位置的不同而发生裂纹转向。这也同样会使裂纹的扩展阻力增加，从而使韧性进一步提高。

微裂纹增韧机制，主要是由于残余应变场与裂纹在分散相周围发生反应，从而使裂纹尖端产生微裂纹分支，在一定程度上改善韧性，但也造成强度下降。

4）裂纹偏转由于纤维周围沿纤维/ 基体( F/M) 界面存在因弹性模量或热膨胀系数不匹配而引起的应力场, 从而使在基体中扩展的裂纹遇到纤维时发生偏转。

晶须增强晶须补强陶瓷基复合材料可分为外加晶须补强陶瓷基复合材料和原位生长晶须补强陶瓷基复合材料。(1) 外加晶须法:即通过晶须分散、晶须与基体混合、成型、再经煅烧制得增韧陶瓷。2) 原位生长晶须法:将陶瓷基体粉末和晶须生长助剂等直接混合成型,在一定的条件下原位合成晶须,同时制备出含有该晶须的陶瓷复合材料

Sol-gel法

Sol-gel法是将金属醇盐在室温或略高于室温下水解，缩聚，得到溶胶和凝胶，再将其进行热处理，得到玻璃和陶瓷。

Sol－Gel 法的优点是: 1) 热解温度不高(低于1 400 ℃) , 对纤维的损伤小; 2) 溶胶易润湿增强纤维, 所制得的复合材料较完整, 且基体化学均匀性高; 3) 在裂解前, 经过溶胶和凝胶 2 种状态, 容易对纤维及其编织物进行浸渗和赋形, 因而便于制备连续纤维增强复合材料。

该工艺的主要缺点在于: 由于醇盐的转化率较低且收缩较大, 因而

复合材料的致密周期较长, 且制品经热处理后收缩大、气孔率高、强度低; 同时,由

于是利用醇盐水解而制得陶瓷基体, 因此此工艺仅限于氧化物陶瓷基体材料的制备。第一代复合材料是以玻璃纤维增强复合材料为代表，在20世纪50~60年代以“玻璃钢”

第二代树脂基复合材料是以碳纤维增强复合材料为代表。

高比强度、比模量。使用温度区间大。碳纤维增强的聚酰亚胺具有在300℃以

上长期使用，低温脆化温度点可达到-196℃的优异性能。

第三代树脂基复合材料是有机纤维增强复合材料，以美国杜邦公司的Kevlar

（芳纶）纤维复合材料为代表。

这种热熔性液晶聚合物纤维比强度优越、弹性模量是玻纤的2倍，价格只有碳纤维的1/3。加上其突出的韧性和回弹性是其他纤维所不具备的。

第四代树脂基复合材料是20世纪80年代末美国Allied公司商品化的一种Spectra-900和Spectra-1000为代表的超高强度、超高模量的高拉伸聚乙烯纤维。它具有可以透射雷达波、介电性极佳、结构强度高等特点，

第五代树脂基复合材料为聚苯并双恶唑（PBO）纤维增强复合材料。该纤维无

熔点、在高温下不熔融，经热量分析测得的在空气中的热分解温度高达650℃，比

对位芳酰胺纤维高100℃左右。该纤维在于火焰接触后不收缩，移去火焰后基本无

残焰，布料质地柔软。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量，其强

度是钢丝纤维的10倍以上。

是目前唯一将优越的力学性能、卓越的耐高温性能和优良的加工性能结合在

一起的有机纤维。

树脂基复合材料的组成

树脂基体

增强体：纤维、晶须和填料

助剂

2.4 树脂基复合材料制品设计

2．4．1设计的一般程序

(1)详细了解制品的功能、环境条件和载荷条件在设计制品之前，应列出树脂

基复合材料制品应具备的功能、环境条件、承载条件（动载荷或静载荷），了解零

部件之间的联系和对制品功能的影响。制品功能确定得越准确越详细，制品设计考

虑的限制因素就越全面，设计出的制品就能较好地满足使用要求。其中，尤为重要

的是了解树脂基复合材料制品应具备某些特殊的性能，例如力学特性、耐化学性、耐高温、耐冲击或耐辐射等性能，就可缩小选择材料的范围。

(2）材料选择。树脂基复合材料制品的材料选择是较为复杂的。一般根据制品

最终应用环境、受力状态和其他性能要求，进行选择。

(3）成型加工方法的选择。主要根据制品尺寸、形状、生产数量、制品性能

等方面加以考虑。设计者通过分析比较，可选择一种或两种候选材料及其相关的一

种或两种成型加工方法。

(4) 树脂基复合材料制品初步设计，绘制草图。初步设计的主要内容为制品的

形状、尺寸、壁厚、加强筋、孔的位置等。在初步设计时应考虑制品在成型加工、

模具设计和制品参数方面的问题。

(5) 样品制造、进行模拟试验或实际使用条件的试验。试验样品的制造可以

按照初步设计的要求，设计加工模具，按确定的材料和成型工艺方法制造样品。也

可以用其他简便方法制造样品，然后进行各种模拟试验或实际使用条件的试验。样

品制造和样品试验通常要进行多次。如果初步设计有几种设计方案，在初步试验的

基础上，通过评价几种初步设计方案的优劣，选择最佳设计方案，包括确定树脂基

复合材料和成型上艺方法。

(6)制品设计、绘制正规制品图纸。在大量试验的基础上，综合考虑树脂基复

合材料制品的性能、工艺性和经济性等几方面的因素，选择最佳制品设计方案，进

行制品设计、绘制正规制品图，并标注塑料牌号等。

(7) 编制制品设计说明书等技术文件

树脂基复合材料制品设计中应考虑的一般原则为：

1)充分发挥树脂基复合材料的物理力学性能，避免或补偿其缺点。主要考虑的

性能有强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性等。

2）充分考虑树脂基复合材料的成型工艺性如流动性。

3）制品的形状，在保证使用要求的前提下，应有利于充模、排气、补缩，同

时能适应树脂基复合材料制品的快速受热固化特性。

4.）充分考虑制品在成型后的收缩现象及各向收缩率的差异。

5）制品设计应考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程度。

同时应充分考虑模具零件的形状及其制造工艺，以便使制品具有较好的经济性。

纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。

纤维不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提

高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。

纤维可分为有机纤维和无机纤维

（一）有机纤维

芳纶纤维

聚乙烯纤维

尼龙纤维

芳纶纤维是指日前巳工业化生产并广泛应用的聚芳酰胺纤维。国外商品牌号叫凯芙拉(Kevlar)纤维，我国暂命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维

芳纶、芳纶--29、芳纶--49这三种牌号纤维的用途各不相同。

芳纶主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等；

芳纶--29主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。

芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。

（二）无机纤维

1、玻璃纤维

2、特种玻璃纤维

3、碳纤维 4 、硼纤维

5 、氧化铝纤维6、碳化硅纤维

7 、氮化硼纤维8、其他纤维

①玻璃纤维的结构

玻璃纤维的拉伸强度比块状玻璃高许多倍，但经研究证明，玻璃纤维的结构与玻璃相同。

关于玻璃结构的假说到目前为止，比较能够反映实际情况的是“微晶结构假说”和“网络

结构假说”。

玻璃结构是近似有序的。主要是因为在玻璃结构中存在一定数量和大小比较有规则排列的区域，这种规则性是由一定数目的多面体遵循类似晶体结构的规则排列造成的玻璃结构的这种有序区域不像晶体结构那样有严格的周期性，微观上是不均匀的，宏观上却又是均匀的，反映到玻璃的性能上是各向同性的。玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。

玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用，以二氧化硅为主的称为硅酸盐破璃，以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃

玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。

②玻璃纤维高强的原因

对玻璃纤维高强的原因，许多学者提出了不同的假说，其中比较有说服力的是微裂纹假说。

微裂纹假说认为，玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力，其理论强度很高，可达到200 ~ l 200kg／mm2。但通常情况下，玻璃或玻璃纤维的实测强度很低。这是因为，在它们当中，存在着数量不等，尺小不同的微裂纹，从而大大降低了其强度。微裂纹分布在破璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。

出于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，在危害最大的微裂纹处，产生应力集中，从而使强度下降。

玻璃纤维比玻璃的强度高很多，主要有两方面的原因：

Ａ、玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少。

Ｂ、玻璃纤维的断面较小，随着表面积的减小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强度增高。

有人更明确地提出，直径小的玻璃纤维强度比直径粗的纤维强度高的原因是由于表面微裂纹尺寸和数量较小，从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。

3．2碳纤维的分类

当前，国内外巳商品化的碳纤维种类很多，一般可以根据原丝的类型、碳纤维的性能和碳纤维的用途等三种方法进行分类碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。它不同于有机纤维或无机纤维，不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机物为原料，采用间接方法制造。碳纤维制造方法可分为两种类型，即气相法用这种方法只能制造晶须或短纤维，不能制造连续长丝。和有机纤维碳化法有机纤维碳化法可以制造连续长纤维，

二、晶须增强体

晶须（Whiskers）是在人工控制条件下，以单晶形式生长成的一种纤维。

晶须的直径一般为几微米，长几十微米，是一种无缺陷的理想完整晶体

由于晶须的直径非常小，所以不适合容纳在大晶体中常出现的缺陷，因而强度接近于完整晶体的理论值/晶须分为陶瓷晶须和金属晶须两类，

晶须是以单晶结构生长的直径极小的短纤维，由于直径小(＜3um)，造成晶体中的缺陷少，原子排列高度有序，故其强度接近于相邻原子间成键力的理论值

晶须高强的主要原因

Ａ、它的直径非常小，不能容纳使晶体削弱的空隙、位错和不完整等缺陷。

Ｂ、晶须材料的内部结构完整，使它的强度不受表面完整性的严格限制。