復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)講稿

1、第二章第二章復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)第一節(jié)第一節(jié)復(fù)合效應(yīng)概述復(fù)合效應(yīng)概述復(fù)合材料的復(fù)合原理是研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性、開(kāi)拓新材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)。耦合：耦合：不同性質(zhì)材料之間的相互作用。?復(fù)合材料性能與結(jié)構(gòu)的協(xié)同相長(zhǎng)特性（即復(fù)合后的材料性能優(yōu)于每個(gè)單獨(dú)組分的性能）。從力學(xué)、物理學(xué)上理解復(fù)合材料多樣從力學(xué)、物理學(xué)上理解復(fù)合材料多樣性的基礎(chǔ)。性的基礎(chǔ)。擬解決的問(wèn)題：擬解決的問(wèn)題：尋找材料復(fù)合的一般規(guī)律。尋找材料復(fù)合的一般規(guī)律。研究增強(qiáng)機(jī)

2、理。研究增強(qiáng)機(jī)理。一、材料的復(fù)合效應(yīng)一、材料的復(fù)合效應(yīng)線性效應(yīng)：線性效應(yīng)：平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、相抵效應(yīng)。非線性效應(yīng)：非線性效應(yīng)：相乘效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、共振效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)。復(fù)合效應(yīng)是復(fù)合材料的研究對(duì)象和重要內(nèi)容，也是開(kāi)拓新型復(fù)合材料、特別是功能型復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)是復(fù)合材料的研究對(duì)象和重要內(nèi)容，也是開(kāi)拓新型復(fù)合材料、特別是功能型復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。非線性效應(yīng)尚未被充分認(rèn)識(shí)和利用，有待于研究和開(kāi)發(fā)。非線性效應(yīng)尚未被

3、充分認(rèn)識(shí)和利用，有待于研究和開(kāi)發(fā)。1、平均效應(yīng)：、平均效應(yīng)：Pc=PmVmPfVf（P：材料性能；：材料性能；V：材料體積含量；：材料體積含量；c：復(fù)合材料；：復(fù)合材料；m：基：基體；體；f：增強(qiáng)體或功能體）：增強(qiáng)體或功能體）應(yīng)用：力學(xué)性能中的彈性模量、線膨脹率等結(jié)構(gòu)不敏感特性；熱傳導(dǎo)、電導(dǎo)等物理常數(shù)。例：復(fù)合材料的彈性模量：Ec=EmVmEfVf（混合定律）2、相補(bǔ)效應(yīng)：、相補(bǔ)效應(yīng)：性能互補(bǔ)?提高綜合性能。例：脆性高強(qiáng)度纖維與韌性基體

4、復(fù)合，適宜的結(jié)合形成復(fù)合材料。?性能顯示為增強(qiáng)體與基體互補(bǔ)。3、相乘效應(yīng)：、相乘效應(yīng)：XYYZ=XZ（X、Y、Z：物理性能）：物理性能）兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合?發(fā)生相乘效應(yīng)?設(shè)計(jì)功能復(fù)合材料。例：磁電效應(yīng)（對(duì)材料施加磁場(chǎng)產(chǎn)生電流）——傳感器，電子回路元件中應(yīng)用。壓電體BaTiO3與磁滯伸縮鐵氧體NiFe2O4燒結(jié)而成的復(fù)合材料。對(duì)該材料施加磁場(chǎng)時(shí)會(huì)在鐵氧體中產(chǎn)生壓力，此壓力傳遞到BaTiO3，就會(huì)在復(fù)合材料中產(chǎn)生電場(chǎng)。最大輸出已達(dá)1

5、03VA。單一成分的Cr2O3也有磁電效應(yīng)，但最大輸出只有約170VA。4、共振效應(yīng)：、共振效應(yīng)：兩個(gè)相鄰的材料在一定條件下，產(chǎn)生機(jī)械的、電的、磁的共振。應(yīng)用：改變復(fù)合材料某一部位的結(jié)構(gòu)?復(fù)合材料固有頻率的改變?避免材料工作時(shí)引起的破壞。吸波材料：調(diào)整復(fù)合材料的固有頻率，吸收外來(lái)波。2、結(jié)構(gòu)效果：、結(jié)構(gòu)效果：描述復(fù)合材料性能時(shí)，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布形態(tài)和尺度等可變因素。這類(lèi)效果往往可以用數(shù)學(xué)關(guān)系描述。a、幾何形態(tài)效果（形狀效果）

6、：、幾何形態(tài)效果（形狀效果）：決定因素是組成中的連續(xù)相。0維分散質(zhì)（大小相等的球狀顆粒）：Vfmax為0.74，不考慮界面效果的情況下，復(fù)合材料的性能取決于基體的性質(zhì)。1維分散質(zhì)：性質(zhì)與基體有較大差異時(shí)，分散質(zhì)的性能可能會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能起支配作用。b、分布形態(tài)效果（取向效果）、分布形態(tài)效果（取向效果）幾何形態(tài)分布（幾何體的取向）：幾何形態(tài)分布（幾何體的取向）：13型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：在增強(qiáng)體的軸向與徑向，復(fù)合材料的性能有明

7、顯的差異。短纖維狀的增強(qiáng)體在復(fù)合材料中的分散狀態(tài)（取向狀態(tài)），往往受到復(fù)合材料成型過(guò)程中的剪切應(yīng)力的影響。22型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：在增強(qiáng)體的平面平行方向和平面垂直方向性能截然不同。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)：在增強(qiáng)體平面的垂直方向施加外力。彈性模量：1fmcmfVVEEE??并聯(lián)式結(jié)構(gòu)：平行于增強(qiáng)體平面的方向施加外力。cmmffEEVEV????物理性能取向：物理性能取向：對(duì)復(fù)合材料的性能有很大影響，特別是功能復(fù)合材料。例：磁性復(fù)合材料：磁

8、軸在外加磁場(chǎng)下取向?磁性復(fù)合材料的磁性各向異性。c、尺度效果：、尺度效果：影響表面物理化學(xué)性能（比表面積、表面自由能）、表面應(yīng)力分布和界面狀態(tài)?復(fù)合材料性能的變化。例：SiO2粉末分散于聚甲基丙烯酸甲酯中的復(fù)合材料：通常，粉末經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后所得到的材料的強(qiáng)度大于相同體積含量的未處理粉末體系。當(dāng)SiO2微粒尺度小于約500nm以下（超微細(xì)顆粒，比表面積極大），硅烷偶聯(lián)劑的處理反而會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度的下降（SiO2表面活性增大，與基體的結(jié)合

9、強(qiáng)于硅烷偶聯(lián)劑對(duì)基體和SiO2的結(jié)合）。3、界面效果：、界面效果：產(chǎn)生復(fù)合效果的主要因素。?復(fù)合材料的各種優(yōu)越性能。界面結(jié)構(gòu)（物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)）的變化會(huì)引起復(fù)合材料性能的變化。例：玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯塑料：玻璃纖維用不同的處理劑處理，界面層的應(yīng)力傳遞能力和應(yīng)力梯度不同。?玻璃纖維承受不同的應(yīng)力。界面的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)及尺度的變化有不同于其它組分相的作用。例：碳纖維增強(qiáng)水泥：碳纖維經(jīng)熱堿處理，表面富集了Ca2。?復(fù)合材料的強(qiáng)度、漿體