复合材料原理ppt课件.ppt

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1、复合材料的复合效应复合材料的复合原理是研究复合材料的结构特性、开拓新材料领域的基础。复合材料性能与结构的协同相长特性（即复合后材料性能优于每个单独组分的性能）使复合材料具备新的特殊性质。这种不同性质的材料之间的耦合作用是理解复合材料多性能的基础。本章将对材料复合的一般规律做简要阐述。2.1材料的复合效应复合效应可以分为两大类:线性效应和非线性效应.这两类效应又可以分为不同的类别:1.线性效应:1)平均效应2)平行效应3)相补效应4)相抵效应2.非线性效应:1)相乘效应2)诱导效应3)共振效应4)

2、系统效应一、平均效应:是复合材料最典型的一种效应.可以表示为:Pc=PmVm+PfVf式中,P为材料性能,V为材料体积含量,角标c、m、f分别表示复合材料、基体和增强体（或功能体）.例如复合材料的弹性模量E,若用此混合率表示,则为:E=EmVm+EfVf二、平行效应:组成复合材料的各组分在复合后均保留原来本身的特性作用,既无制约,也无补偿.对于增强体与基体界面结合很弱的复合材料,可以出现平行效应.三、相补效应:基体和增强体性能互补,整体性能提高.对于脆性的高强度纤维与韧性基体复合,结合适宜时可以

3、产生相补效应.四、相抵效应:基体与增强体性能相互制约,限制了整体性能的提高.如脆性的纤维与韧性基体复合当结合很强时,则材料整体容易脆性断裂.五、相乘效应:两种具有转换效应的材料复合即可产生相乘效应.如把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合,即可产生电光效应.通常可以把一种具有性能转换效应的功能材料X/Y与另外一种换能材料Y/Z复合,得到新的功能材料.用下式可以表示之:X/Y·Y/Z=X/Z六、诱导效应:在一定条件下,复合材料的一个组分可以通过诱导作用使另一组分的结构改变从而改变整体材料的性

4、能.如结晶的纤维对非晶基体有诱导结晶作用.七、共振效应:两个相邻材料在一定条件下会产生机械的或电的磁的共振.因此,复合材料的固有频率会不同于原组分的固有频率.利用这种效应,可以根据外来的工作频率,改变复合材料的固有频率,达到避免破坏或吸波的目的.八、系统效应:这是材料中的一种复杂效应,机理尚不很清楚,由多种原因形成.如交替叠层镀膜的硬度大于各单一镀膜的硬度.2.2复合材料的结构与复合效果2.2.1复合材料的结构类型复合材料是由两种或两种以上的组分相组成,组分相由其性质、形态和分布状态的不同,可以

5、形成不同的结构类型.对于不同类型复合体系,需要首先引入连通性的概念:复合体系中的任何相,在空间的零维、一维、二维或三维方向上是相互连通的,因而任意弥散和孤立的颗粒的连通性为0,是零维材料,纤维的连通性为1,是一维材料,片状材料为二维,连通的基体为三维.根据增强体和基体以不同连接方式复合所得到的连通性,可以得到如下结果:对两相复合体系,有10种可能的连通性复合材料结构(0-0,0-1,0-2,0-3,1-1,1-2,1-3,2-2,2-3,3-3).由三个相组成的复合体系,有20种连通性.四个相时

6、可能存在35种连通性.复合材料含有n个组分相时,可能的连通结构种类数为:Cn=(n+3)!/n!3!2.2.2材料的复合效果对于不同组分形成的复合材料,根据组分本身的特点和复合特点,对材料产生不同的复合效果,大致可以归结为以下几个方面:2.2.2.1组分效果:在组分的物理性能确定的情况下,仅仅把相对组成作为变量,不考虑组分的几何形态、分布状态和尺度等因素的影响.复合材料的相对组成,通常用到体积分数和质量分数等.平均效应就是组分效果的一级近似.即复合材料的某一性能是各组分性能按体积分数的平均值.复

7、合材料的密度和比热容等往往是符合组分效果.2.2.2.2结构效果:是指复合材料性能用组分性能描述时,同时考虑组分的几何形态、分布状态和尺度的因素.结构效果可以分为以下几种类型;1)几何形态效果(形状效果)该效果也可以表示出相的连续和不连续效果.对于结果效果,起决定作用的因素是连续相.2)分布状态效果(取向效果)不仅包括几何体取向,有时还要考虑到物理性能的取向.3)尺度效果分散相尺度的变化会导致其表面性能的变化,从而使复合材料的性能发生变化.2.2.2.3界面效果界面效果是主要的复合效果,只有好的

8、界面效果存在,才能充分发挥复合的优越性.界面结构的变化会引起复合材料性能的变化.例如：在玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂中，当玻璃纤维用不同处理剂处理时，复合材料在承受相同应力下，其中的玻璃纤维承受的应力却不同。这说明，不同的界面传递应力的能力不同。2.3复合材料的模型及性能的一般规律2.3.1复合材料模型材料模型的建立,对材料性能分析和材料设计有重要作用,根据复合系统的特点,经过分析抽象,建立材料的微观结构模型,通过影响因素分析,可以总结确定材料的性能.所以，建立一个能包含主要影响因素，显示材料真实