复合材料教案要点.pdf

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1、复合材料教案 Polymeric Composite Materials （讲 稿） 殷立霞 冀州市职教中心 2012 年 8 月 1 第一讲 复合材料概论 一、材料的发展与人类社会的进步 材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。综观人 类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用 都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人 类生活带来巨大的变化。材料的发展与人类进步和发展息息相关。一万年 前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也 进入了冷兵器时代。7000 年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜 制

2、品广泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时 代。同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。5000 年 前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。十九世 纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、 铁路交通的发展。随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时 代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。核材料的发现，又将人类引入 了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光 明。二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又 给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机

3、越飞越快，同 时人类进入太空的梦想成为了现实。 当前 材料、能源、 信息 是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推 向新的阶段。二十一世纪将是一个新材料时代。 二、 复合材料的提出 现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出 了更高、更苛刻的要求。在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和 海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛 刻的要求。例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引 力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的 作用。飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件

4、高 速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破坏力的作用。同时由于飞 行范围（ M数、飞行高度）的扩大、发动机的推力、比推力及推 / 重比大大提 高，导致了发动机压力比、涵道比、进口温度、燃烧室温度、TIT 、转子转速等 也日益提高。由此构成的力、热、化学和物理等效应的作用，最终都要集中到构 成飞行器和发动机结构的材料上去，因此对材料的质轻、高强、高韧、耐热、抗 2 疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也日益提出了更加苛刻的要求。 又如现代武器系统的发展对新材料提出了如下要求： 1 、高比强、高比模； 2 、耐高温、抗氧化； 3 、防热、隔热； 4 、吸波、隐身； 5 、全天候； 6 、高抗破甲

5、、抗穿甲性； 7 、减振、降噪，稳定、隐蔽、高精度和命中率； 8 、抗激光、抗定向武器； 9 、多功能； 10 、高可靠性和低成本。 很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，当前作为单一的金 属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断日新月异地发展，但是以上这些材 料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要。例如， 金属材料的强度、模量和高温性能等已几乎开发到了极限；陶瓷的脆性、 有机高分子材料的低模量、低熔点等固有的缺点极大地限制了其应用。这 些都促使人们研究开发并按预定性能设计新型材料。 复合材料，特别是先进复合材料就是为了满足以上高技术发展的需求 而开发的高性能的先进材料。它由

6、两种或两种以上性质不同的材料组合而 成，各组分之间性能“取长补短”，起到“协同作用”，可以得到单一材料无 法比拟的优秀的综合性能，极大地满足了人类发展对新材料的需求。因此，复 合材料是应现代科学技术而发展出来的具有极大生命力的材料。现代科学技 术不断进步的结果，是材料设计的一个突破。 三、复合材料的发展历史和意义： 实际上，在自然界就存在着许多天然的复合物。例如天然的许多植物竹子、 树木等就是自生长长纤维增强复合材料；人类肌肉/ 骨骼结构也是复合材料结构 原理。我们的祖先也早就创造和使用了复合材料。6000年前人类就已经会用稻 草加粘土作为建筑材料砌建房屋墙壁，迄今在某些贫穷农村仍然沿用着这种

7、原始 的非连续纤维增强复合材料。在现代，复合材料的应用更比目皆是，与日常生活 和国民经济密不可分。如由沙石、钢筋和水泥构成的水泥复合材料已广泛地应用 于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用；玻璃纤维增强塑料 （玻璃钢）更是一种广泛应用的较现代化复合材料。 3 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如就航天、航空飞行器减轻结 构重量这点而言，喷气发动机结构重量减1Kg ，飞机结构可减重4 Kg ，升限可 提高 10米；一枚小性洲际导弹第三级结构重量减轻1Kg ，整个运载火箭的起飞重 量就可减轻 50 Kg ，地面设备的结构重量就可减轻100 Kg ，在有效载荷不变的条 件下，可增加射

8、程15 20 Km ；而航天飞机的重量每减轻1Kg ，其发射成本费用 就可以减少 15000美元 (图 1、图 2)。因此，现代航空、航天领域对飞行器结构的 减重要求已经不是“斤斤计较”，而是“克克计较”。 图1 火箭壳体材料对射程的影响 先进复合材料具有高比强度、高比模量的优点，可以显著减轻结构重量， 是理想的现代飞行器结构材料。先进复合材料的使用，不仅极大地提高了现代飞 行器的性能，使得人类飞天、登月的梦想变成现实，同时也创造了巨大的经济效 益。先进复合材料结构在新型卫星结构中已占了85%以上，在现代高科技领域具 有广泛的应用前景（图3）。 综上所述，复合材料对现代科学技术的发展有着十分重

9、要的作用。复合材 料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模已成为衡量一个国家科学技 术先进水平的重要标志之一。复合材料是现代科学技术不断进步的结果，是材料 设计的一个突破；复合材料的发展同时又进一步推动了现代科学技术的不断步。 可以预料，随着高性能树脂先进复合材料的不断成熟和发展、金属基、特别是金 属间化合物基复合材料和陶瓷基复合材料的实用化、以及微观尺度的纳米复合材 料和分子复合材料的发展，复合材料在人类生活中的重要性将越来越显著。同 时，随着科学技术的发展，现代复合材料也将赋予新的内容和使命。21世纪将是 复合材料的新时代。 4 第二章复合材料概述 一、复合材料的定义和特点： 1、复

10、合材料的定义： 国际标准化组织（ISO）将复合材料定义为是：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。 F.L.Matthews 和 R.D.Rawlings 认为复合材料是两个或两个以上组元或相组 成的混合物，并应满足下面三个条件： （1）组元含量大于 5 %； （2）复合材料的性能显著不同于各组元的性能； （3）通过各种方法混合而成。 在“材料科学技术百科全书”和“材料大辞典”中将复合材料定义如下： 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工 艺组合而成的新型材料。它与一般材料的简单混合有本质区别，既保留原组成材 料的重要特色，又通过复合效应

11、获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计 使原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优越的性能。 复合材料将由宏观复合形式向微观（细观）复合形式发展，包括原位生长复 合材料、纳米复合材料和分子复合材料等。 综上所述，复合材料定义所阐述的主要有两点，即组成规律和性能特征。 2、复合材料的特点： 1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料， 组分之间存在着明显的界面。 2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点，赋 予单一材料所不具备的优良特殊性能。 3）复合材料具有可设计性。 3、复合材料的基本结构模式 复合材料由 基体 和增强剂 两个组分构成： 复

12、合材料结构通常一个相为连续相，称为基体 ；而另一相是一以独立的形 态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改 善和和增强，称为增强剂 （增强相、增强体）。 增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。 增强剂（相）可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 5 增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。 二、复合材料的分类 普通复合材料 按性能分类： 先进复合材料 热固性 聚合物复合材料 热塑性 金属基复合材料 按基体分类 陶瓷基复合材料 碳碳复合材料 水泥基复合材料 结构复合材料 按用途分类功能复合材料 智能复合材料 按增强剂分类 颗粒增强复合材料 晶须增强复合

13、材料 短纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料 混杂纤维增强复合材料 三向编织复合材料 普通复合材料：普通玻璃、合成或天然纤维增强普通聚合物复合材料，如 玻璃钢、钢筋混凝土等。 先进复合材料（Advanced Composite，High Performance Composite ）： 高性能增强剂（碳、硼、Kevlar 、氧化铝、 SiC纤维及晶须等）增强高温聚 合物、金属、陶瓷和碳（石墨）等复合材料。 一般来讲，先进复合材料的比强度和比刚度应分别达到400MPa / (g / cm 3) 和 40GPa / (g / cm 3) 以上。 结构复合材料：用作承力和次承力结构。要求具有质量轻

14、、高强度、高刚 度、耐高温以及其它性能。 功能复合材料：电、热、声、摩擦、阻尼等。包括机敏和智能复合材料。 混杂复合材料：两种或两种以上增强体构成的复合材料。通过产生混杂效应 改善性能和降低成本。 6 结构 / 功能一体化复合材料：在保持材料基本力学性能的前提下，具有特定 功能特性，如光、电、磁、摩擦、阻尼等。 一、 复合材料的基本性能（优点）： 1、高比强度、高比模量（刚度）： 图 2-1 典型金属基体复合材料与基体材料合金性能的比较 与传统的单一材料相比，复合材料具有很高的比强度和比模量（刚度）： 比强度、比模量：材料的强度或模量与其密度之比。 比强度 = 强度 /密度 MPa /（ g/

15、cm 3）, 比模量 = 模量 /密度 GPa /（g/cm 3）。 材料的比强度愈高，制作同一零件则自重愈小；材料的比模量愈高，零件 的刚度愈大。 2、良好的高温性能： 图 2 2 不同 SiC纤维复合材料的使用温度范围 7 复合材料可以在广泛的温度范围内使用，同时其使用温度均高于复合材料基 体。目前聚合物基复合材料的最高耐温上限为350 C；金属基复合材料按不同的 基体性能，其使用温度在350 1100 C范围内变动；陶瓷基复合材料的使用温 度可达 1400 C；而碳碳复合材料的使用温度最高，可高达2800 C。 3、良好的尺寸稳定性： 加入增强体到基体材料中不仅可以提高材料的强度和刚度，

16、而且可以使其热 膨胀系数明显下降。通过改变复合材料中增强体的含量，可以调整复合材料的热 膨胀系数。例如在石墨纤维增强镁基复合材料中，当石墨纤维的含量达到48% 时，复合材料的热膨胀系数为零，即在温度变化时其制品不发生热变形。这对人 造卫星构件非常重要。 图2-3 不同材料的尺寸稳定性和比模量 4、良好的化学稳定性： 聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料具有良好的抗腐蚀性。 5、良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性： 由于增强体的加入，复合材料的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性等性能得到 提高，特别是陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善 6、良好的功能性能：包括光、电、磁、热、烧蚀、摩擦及润滑等性能。 8 第

17、二讲复合材料的增强材料 复合材料的增强材料：提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的 材料的统称。 复合材料的分类：从物理形态来看有纤维状增强材料、片状增强材料、 颗粒状增强材料等。 纤维状材料增强作用明显的原因是其拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块 状材料要大几个数量级。 2.1玻璃纤维 玻璃纤维由熔融的玻璃经拉丝而成，可制成连续纤维和短纤维。由于其 制取方便，价格便宜，是应用最多的增强纤维。 2.1.1 玻璃纤维的特点 具有不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘、能透过电磁波等 特性，有良好的耐腐蚀性，除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对其它溶剂有良好 的化学稳定性。其缺点是脆性大，耐磨性差。质

18、地柔软，可纺织成各种玻璃 布、带等。 2.1.2 玻璃纤维的分类 1. 以玻璃原料成分分类（以含碱量区分）： 无 碱 玻 璃 纤 维 （ 碱 含 量 90 ， 液体不润湿固体；=180 , 固体表面完全不能被液体润 湿； 当 l c时：cu= fu 1-（l c/ 2 l）Vf + m （1 -Vf ） 或 cu= 2 l c / d 1 -(l c / 2 l )Vf + m (1 -Vf ) l 10 l c时，短纤维增强复合材料性能趋近于连续纤维性能； l 1。R 的具体数值表明，作 用应力或应变达到失效时尚可增加的应力或应变的倍数为R 1。若 R = 2， 则尚可增加一倍的载荷；R 越

19、大，可增加载荷的倍数也越多，故R是安全程 度的一种量度。 、当作用的应力或应变达到极限值时，R = 1 。 、 R 不能小于1，小于1 没有实际意义。 62 （ 4）-2 各种失效判据的强度比方程 Tsai-Wu 准则：（ Rj j） R 2 + （ F） R = 1 Tsai-Hill准则：（ 1 2/ X2 + 2 2 / Y 2 + 12/ XY + 2 12 /S 2） R2 = 1 2）复合材料的细观强度准则 纤维复合材料由纤维和基体两种材料组成，本质上是结构物它的破坏 形式是以细观不均匀结构特征，在纤维、基体和界面三者中最薄弱环节发生 破坏的形式。因此，细观力学的方法首先是从复合材

20、料承受的表观应力条 件、组分材料性能和含量出发，根据一定的力学模型，求出材料所承受的应 力。再用组分材料所服从的破坏准则，判断组分材料是否已达到破坏状态， 并以组分材料的破坏作为复合材料的破坏判据。 Skuda 细观强度准则： （ 1）基体拉伸破坏：(1 - V m)(r 2/ m) 2 + ( 2 12/ u m) 2 = 1 （ 2）界面破坏：拉- 剪应力下： r ( u b) 2 2+ 2 r zb u 12 2 =( u b) 2 b u 压- 剪应力下：-r ( u b) 2 2+ 2 r zb u 12 2 = ( u b) 2 b u （ 3）剪切控制基体破坏： 2 2 + 2(

21、1+ V m) 2 12 + 2(2 2 + 4 2 12 ) 1/2 = 2 (m) 2 （ 4）压缩剪切控制基体破坏： 2 2 + 2(1+ V m) 2 12 + 2(2 2 + 4 2 12 ) 1/2 = 2 ( T) 2 式中：m、 u m 、 u b、b u 和T分别为基体拉伸、剪切、界面拉 伸强度和单向复合材料的横向压缩强度。 r 和r z是反映基体应力不均 匀的无量纲增大系数。 5、平面正交织物复合材料的强度 1）平面正交织物复合材料的拉伸强度： 径向拉伸强度：L = f Vf h L + m（ 1 - Vf h L） 纬向拉伸强度：T = f Vf h T + m（ 1 -

22、 Vf h T） 式中 hL、 hT分别为径向和纬向所占纤维量百分比。 2）平面正交织物复合材料的压缩强度： 径向压缩强度：L = CT EfVf h L + mCT（1 - Vf h L） 纬向压缩强度：T = CTEfVf h T + mCT（1 - V f h T） 63 式中CT、 mCT 分别为纤维压缩失稳破坏时的临界应变和对应的基体 应变。 3）平面正交织物复合材料的剪切强度： （ 1）等应变假设 LT = m 或LT = Ss LT 、m 和 Ss分别为复合材料的纵横剪切强度、基体以及界面剪切强 度。复合材料的纵横剪切强度取以上两中最小值。 （ 2）等应力假设LT = 1 - (

23、 1 - Gm / Gf ) Vf 1/2 G LT / Gm 或 LT = Ss 复合材料的纵横剪切强度取以上两式中最小值。 6、应力的转换 1）转换的术语 单向层合板，特别是多向层合板的各铺层，其面内力学性能随铺层方向 的变化是不同的。这是复合材料独有的特点，也是复合材料力学的复杂性与 特异性的根本原因之一。 图 5-8 单向层合板的单元体及其分离体 （1） 1-2 坐标系：它是由材料的两个主方向组成的坐标系，1 是纵向， 2 是横向。这样的坐标系称之谓正轴坐标系。在正轴坐标系下，材料呈正交 各向异性的性能。 （2） x-y 坐标系：除正轴向以外的其余坐标方向称为偏轴向，通常用 坐标系x-

24、y 表示。在在偏轴坐标系下，材料呈各向异性的性能。 64 （ 3）铺层方向角：材料的主方向1 轴与x 轴成一角度（见图5-8 ）， 称为铺层方向角。规定参考轴坐标轴坐标（即偏轴）x 至1 轴的夹角，以 逆时针转向为正，以顺时针转向为负。铺层方向角是复合材料所特有的。 （ 4）坐标转换角：它表明坐标转换前后的夹角。一般规定，从转换 前的轴（旧轴）转换后的新轴，以逆时针为正，以顺时针为负。 偏轴至正轴的转换，坐标转换角等于铺层方向角，即=+，称为正转 换。 正轴至偏轴的转换，坐标转换角等于负的铺层方向角，即=-，称为 负转换。 2）应力转换公式 倍角函数形式的应力转换公式： 1 = (x+y) /

25、2 + (x-y) /2 cos2 + xy sin2 2 = (x+y) /2 - (x-y) /2 cos2 - xy sin2 12 = xy cos2 - (x-y) /2 sin2 若设： Pxy = ( x+y) /2 q xy = (x-y) /2 xy = xy 则 1 = Pxy + q xy cos2 + xy sin2 2 = Pxy - q xy cos2 - xysin2 12 = xy cos2 - q xy sin2 写成矩阵形式为： 1 = 1 cos2 sin2 Pxy 2 = 1 - cos2 - sin2 q xy 12 = 0 - sin2 cos2xy

26、 或： 1 = Pxy q xy xy 1 2 = Pxy -q xy - xy cos2 12 = 0 xy - q xy sin2 3）应力不变量 随着的变化，1、2以及12 是变化的。但是，存在两个不变量，即 P12 和（ q2 12 + 2 12 ）是两个不随着变化的量，分别称为一阶不变量和二 阶不变量，记为I 和 R 2： I P12 = Pxy， R 2 q 2 12 + 2 12 = q 2 xy + 2 xy 65 4）应力圆、主平面、主应力和相位角 取为横坐标轴，为纵坐标轴，以I =Pxy为圆心， R 2 = q2 xy + 2 xy 为半径作圆，则此圆即为相对应于该应力状态

27、的应力圆（图5-9 ），而应力 不变量I 和 R 2 分别为应力圆的圆心位置和半径的平方。 图 5-9 应力圆 由应力圆可见，当 = 0时，对应的点为 A1点，此时 12 = 0 ， 即剪 切力等于零，其在单元体上对应的平面称为主平面，而主平面上对应的正应 力称为主应力。这时在正交各向异性材料的主方向上只有正应力，没有剪切 力。 为要使正交各向异性材料的主方向为正应力状态，就需确定主平面的 方位，即确定 0。角度0 称为相位角。 2 0 = tg -1 （2 xy /（x -y） 为要确切地确定最大主应力（记为I）的主平面方位，即对应于 A 1点 的主平面，2 0的取值规则为：当 2 xy /

28、（x-y）为 +/+ 时， 2 0取第一象 限的值，为-/- 时，取第二象限的值，为+/- 时，取第三象限的值，为-/+ 时，取第四象限的值。 应力圆中对应于A2点的主平面方位，正好与上述最大正应力的主平面 方位差90o，该主平面上的正应力为最小值，记为 II。 在 q -坐标系下，确定最大正应力的主平面方位角（即相位角）按如 下公式：2 0 = tg -1 xy /q xy 如果在给定铺层方向角的情况下，将原先的换成，则同样可得在任 意转换角的截面方位上的应力分量。 5）不变量函数形式的转换公式 1 = I+ Rcos2 （0 - ） 66 2 = I- Rcos2 （0 - ） 12 =

29、Rsin2 （0 - ） 1 1 cos2（0 - ） I 2 = 1 -cos2（0 - ） 12 0 sin2（0 - ） R 第十二讲复合材料的其它性能 1 复合材料的疲劳性能 复合材料具有比金属好得多的疲劳性能。金属中疲劳损伤的扩展往往 比较迅速，破坏非常突然；而复合材料从产生疲劳损伤到发生疲劳破坏往往 要经历一段相对较长的损伤积累过程；金属对缺口、开孔等应力集中比较敏 感，而复合材料则要迟钝得多（图5 10）；复合材料内阻尼较大，有利于 消振；但阻尼高发热量也大，温度升高对复合材料性能有不利的影响。 67 图 5 - 10 复合材料和金属的疲劳破坏性能 从复合材料的S-N 曲线可以看

30、出，疲劳应力S 与应力循环次数N 的对 数基本上是线性关系，可以表达为： S = S0 - lnN ， 式中 S0为 N=1 时的应力，即静应力；为材料常数。疲劳极限与疲劳 特征（即应力循环中，最小应力与最大应力之比）直接相关。为了得到不同 疲劳特征下的疲劳极限，需要绘制疲劳极限的平均应力应力振幅 A图。 2 复合材料的蠕变性能 纤维增强复合材料的蠕变性能由组分材料性能及细观结构形式所决 定。树脂基体在长期静载作用下会产生较大的蠕变；而增强纤维，除有机纤 维如芳纶纤维外，蠕变量很小。因此纤维复合材料的蠕变主要由基体引发。 图 5 11 307 聚酯玻璃钢形变的应变-时间曲线 实验表明具有以下特

31、点（图5 11）： 1 ）当应力主要作用在纤维方向，如纵向拉伸或弯曲蠕变，其蠕变量都 很小； 2 ）当应力方向与纤维方向呈45 时，蠕变量最大； 68 3 ）当应力大于静强50% 时，在一定时间内试件相继破坏。其规律 为：对同一种材料，破坏时总应变值基本相同；施加应力越大，蠕变速率越 大，蠕变破坏时间越短。因此，材料的持久强度随承载时间延长而降低； 4 ）由基体性能控制的复合材料性能（如剪切性能）的蠕变将随温度的 升高而增大。 3 复合材料的冲击性能 材料的抗冲击性能用冲击韧性来表征，即冲击试件破坏所消耗的功与 试件的最小截面积（即断裂处面积）的比值：K = T/ F （J / m 2），其中

32、 T 为冲击试件所消耗的功； F 为试件的最小截面积。 试验表明，冲击能量的消耗除了用于纤维的断裂功外，层板的分层、 纤维与基体界面脱粘以及纤维拔出等都消耗较多的能量。冲击韧性高的试 件，断口一般都呈现出很不整齐的犬牙粗糙面，损伤区域比较大；低冲击韧 性的试件断口都比较齐平，损伤区域也比较小。因此，粘接强度高的复合材 料往往冲击韧性比较低，而不太密实的复合材料往往具有较高的冲击韧性。 提高基体的韧性和断裂延伸率，将有利于提高复合材料的冲击韧性。 复合材料具有对切口不敏感的优良性能，但与金属相比，复合材料的 冲击韧性要低得多。 4 环境对复合材料力学性能的影响 1 ）大气对复合材料力学性能的影响

33、：一般认为纤维复合材料有较好的 抗老化性能。常年经受日晒雨淋，材料表面会发生浸蚀，并非材料的老化， 只要再对表面进行适当的处理，外表即可恢复。外观的变化还与表面树脂含 量有关，采用胶衣、涂漆等措施都可达到较好的表面保护作用。 2 ）湿度对复合材料力学性能的影响：复合材料在湿态环境下，水分会 扩散到材料内部，从而影响材料的力学性能。一是材料含水比例越大，性能 越低；达到饱和含水量后，性能达到最低的湿态性能。 5 复合材料的热膨胀系数 在复合材料的组分材料中，树脂和玻璃纤维具有正线膨胀系数；而碳 纤维、芳纶纤维则具有负线膨胀系数；树脂的线膨胀系数要比纤维的线膨胀 系数或其绝对值都大得多。 单向复合

34、材料的纵向线膨胀系数可用下式表达： 69 L = （fEfVf + mEmVm）/（ EfVf+ EmVm），式中L 为单向复合材料 的纵向线膨胀系数， f和m分别为纤维和基体的纵向线膨胀系数。 单向复合材料的横向线膨胀系数可用下式表达： T = Vf（ 1+f）f + Vm（ 1+m）m - （f Vf + m Vm）L 纤维体积比对复合材料的线膨胀系数有很大的影响。当纤维含量比较 大时，纵向线膨胀系数接近纤维膨胀系数，这是由于纤维弹性模量远大于基 体弹性模量，而横向线膨胀系数接近于简单混合定律的预测值。 6 复合材料的导热性能 复合材料的导热系数主要是由其组分材料导热系数和纤维铺设方式决 定。玻璃纤维增强树脂复合材料基本上属于绝热材料。 7 复合材料的电性能 复合材料绝缘性能由其组分材料绝缘性能、纤维含量和铺设方式有 关。同时也与界面性能和含杂质情况有关。杂质的存在或材料吸水会显著降 低玻璃纤维增强树脂复合材料的体积和表面电阻率。 复合材料的介电性能主要取决于纤维和树脂的介电性能以及界面的粘 接状态。纤维和树脂之间的界面粘接性能差，容易吸收水分和杂质，增大介 电损耗。 第十三讲复合材料制备试验 第十四讲复合材料力学性能测试试验 第十五讲总结复习