复合材料的特点
发布时间：2023-04-29 15:03浏览次数：
复合材料的特点
复合材料的特点：复合材料是由多种组分的材料组成，许多性能优于单一组分的材料。例如纤维增强的树脂基复合材料，具有质量轻、强度高、可设计性好、耐化学腐蚀、介电性能好、耐烧蚀及容易成型加工等优点。
1）轻质高强，比强度和比刚度高
复合材料的突出优点是比强度和比模量（即强度、模量与密度之比）高。比强度和比模量是衡量材料承载能力的一个指标，比强度越高，同一零件的比重越小;比模量越高，零件的刚性越好。玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5-2.Og/cm3,是普通碳钢的1/4〜1/5,比铝合金还要轻1/3左右，而机械强度却能超过普通碳钢的水平,具体数据见表OT。若按比强度计算，玻璃纤维增强的树脂基复合材料不仅超过碳钢，而且可超过某些特殊合金纲。
一「表0-1几种常用材料与复合材料的比强度、比模量
| 材料名称 | 密度/(g/cn?) |
拉伸强度 /GPa |
弹性模量 /(xlO2GPa) |
比强度 /106cm |
比模量 /108cm |
| 结构钢 | 7.85 | 1.19 | 2.06 | 1.49 | 2.57 |
| 铝合金 | 2.78 | 0.39 | 0.72 | 1.37 | 2.54 |
| 钛合金 | 4.52 | 0.71 | 1.16 | 1.54 | 2.52 |
| 玻璃纤维聚酯复合材料 | 2.00 | 1.24 | 0.48 | 6.08 | 2.35 |
| 碳纤维/环氧复合材料n | 1.45 | 1.47 | 1.37 | 9.94 | 9.26 |
| 碳纤维/环氧复合材料I | 1.60 | 1.05 | 2.35 | 6.43 | 14.39 |
| 芳纶纤维/环氧复合材料 | 1.40 | 1.37 | 0.78 | 9.59 | 5.46 |
| 硼纤维/环氧复合材料 | 2.10 | 1.38 | 2.1 | 6.6 | 10 |
| 硼纤维/铝基复合材料 | 2.65 | 1.00 | 2.0 | 3.8 | 7.5 |
碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃纤维复合材料更低的密度和更高的强度，因此具有更高的比强度。
2）可设计性
复合材料可以根据不同的用途要求灵活地进行产品设计，具有很好的可设计性。对于结构件来说，可以根据受力情况合理布置增强材料,达到节约材料、减轻质量的目的。对于有耐腐蚀性能要求的产品,设计时可以选用耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料;对于其他一些性能要求，如介电性能、耐热性能等，都可以方便地通过选择合适的原材料来满足要求。复合材料良好的可设计性还可以最大限度地克服其弹性模量、层间剪切强度低等缺点。
3） 电性能
复合材料具有优良的电性能,通过选择不同的树脂基体、增强材料和辅助材料，可以将其制成绝缘材料或导电材料。例如:玻璃纤维增强的树脂基复合材料具有优良的电绝缘性能，并且在高频下仍能保持良好的介电性能，因此可作为高性能电机、电器的绝缘材料;玻璃纤维增强的树脂基复合材料还具有良好的透波性能，被广泛地用于制造机载、舰载和地面雷达罩。复合材料通过原材料的选择和适当的成型工艺可以制得导电复合材料，这是一种功能复合材料,在冶金、化工和电池制造等工业领域具有广泛的应用前景。
4） 耐腐蚀性能
聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能、耐海水性能，也能耐碱、盐和寿机溶剂。因此，它是一种优良的耐腐蚀材料,用其制造的化工管道、贮罐、塔器等使用寿命较长、维修费用极低。
5） 热性能
玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较低的导热系数，是一种优良的绝热材料。选择适当的基体材料和增强材料可以制成耐烧蚀材料和热防护材料,能有效地保护火箭、导弹和宇宙飞行器在2ooor以上承受高温、高速气流的冲刷。
6） 抗疲劳性能
疲劳破坏是材料在交变载荷作用下，由于微观裂缝的形成和扩展而造成的低应力破坏。由于纤维增强复合材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹扩展,而且疲劳破坏前有明显的征兆，一般碳纤维复合材料的疲劳极限可达到其拉伸强度的70%~80%。
7） 减振性能
复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高，不容易发生共振而快速脆断;另外，复合材料是一种非均质多相体系，在复合材料中振动衰减都很快。
8） 工艺性能
纤维增强的聚合物基复合材料具有优良的工艺性能，能满足各种类型制品的制造需要,特别适合于大型、形状复杂、数量少的制品制造。
9） 耐热性
金属基和陶瓷基复合材料能在较高的温度下长期使用,但是聚合物基复合材料不能在高温下长期使用，即使耐高温的聚酰亚胺基复合材料，其长期工作温度也只能在300V左右。
10） 老化现象
在自然条件下，由于紫外光、湿热、机械应力、化学侵蚀的作用,会导致复合材料的性能变差,即发生所谓的老化现象。复合材料在使用过程中发生老化现象的程度与其组成、结构和所处的环境有关。
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