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1、复合材料在工业设计中的应用,什么是复合材料,复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,按其结构特点分为： 纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。 夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。 细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。
2、 混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。,分类,复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。 增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。,分类,应用领域,航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能
3、电池翼和外壳、大型运载火箭的 壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。,汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。 化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。 医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和
4、用作建筑材料等。,橡塑复合材料,印度研发复合材料武装直升机,复合材料电缆支架,verton复合材料,纳米介绍,纳米科学是，20世纪末兴起的最重要的科技研究新领域，当 今世界各国都将纳米科学技术列入重点研究开发的课题。 纳米科学： 1、纳米及纳米体系 、纳米是一个长度单位，1nm = 10-3 m = 10-4 m 。 、通常界定1100 nm的体系为纳米体系。 2、纳米科学 、纳米体系，略大于分子尺寸的上限，恰好能体现分子间 强相互作用。这种分子间强相互作用引起的许多性质，与常规物 质相异，正是这种特异性质构成了纳米科学。,、纳米体系尺寸上限以上为宏观领域，尺寸下限以下为微 观领域。其中，宏观
5、领域以宏观物体作为研究对象，理论基础是 经典力学和电磁学；微观领域则以分子、原子作为研究对象，理 论基础是量子力学和相对论。 、显然，纳米体系领域需要用全新的理论为理论基础。即 形成纳米科学。 纳米晶体材料 纳米非晶体材料 纳米材料 纳米相颗粒材料，以及 纳米复合材料 纳米科学 纳米结构材料 （内容上） 纳米技术：在纳米尺寸范围内对物质的加工、分 析、表征、利用等相关技术。,纳米复合材料分类,高分子纳米复合材料的研究和应用是始自上世纪80年代，日本丰田中央研究院在此方面作出了开拓性的贡献。最早用于丰田车内部件的尼龙6纳米复合材料，但是由于价格的原因很快被放弃了。 通用汽车公司在其2002年的两
6、款新车GMC Safari和Chevrolet Astro 上采用了一种全新的材料聚丙烯/膨润土纳米复合材料制备的脚踏板（step-assist），这项技术创新获得了国际塑料工程师协会的大奖，对整个高分子纳米复合材料的发展有里程碑的意义。它标志着经过十几年的研究与开发，高分子纳米复合材料开始进入大规模商业化应用的阶段。 2001年在加拿大举行的Polymer Nanocomposites会议预测，到2020年Polymer Nanocomposites的规模将达到年产量3000万吨、价值650亿美元，而高分子/层状硅酸盐纳米复合材料将占据主要的市场份额。,聚合物纳米复合材料的应用,主要应用领域
7、,汽车（轻质、高强、高的热变形温度）： Ube公司尼龙6纳米复合材料用于丰田汽车的变速带盖(timing belt cover)； Unitika公司在尼龙6的聚合过程中加入合成云母得到尼龙6纳米复合材料用于三菱汽车的引擎盖 ； GE塑料将碳纳米管添加于PPO/nylon合金来提高其导电性，用于静电喷涂。 陶氏（Dow）公司的一项长期计划是-原位聚合方法制备高填充（10wt%）的聚丙烯纳米复合材料，作为汽车的半截构件使用，据称已初步取得乐观的结果。 比利时的Kabelwerk Eupen公司在开发纳米膨润土添加的EVA作为电缆电线，这是基于添加后其燃烧释热释放速率的显著下降和优异的力学性能和化
8、学稳定性； 位于美国密歇根州的Exatec of Wixom，是一家由Bayer公司和GE塑料合资成立的一家公司，它正在开发可用于汽车涂层的纳米添加的PC料，希望提高PC的耐候性和耐磨性而不降低其透明性。,扩胸四管拉力器,天然胶乳/纳米复合材料精制而成,携带方便 绝佳的弹性、柔软的质地、安全的保障、广泛的应用 超强的抗老化和抗疲劳能力,高科技碳纳米管应用于风机叶片,其质量减轻20-30%，强度增大了50%，一般材料叶片如果变形，它抓风的能力以及网通转化率都将受到影响。如果有材料能保证叶片不变形，它就应该是未来发展的趋势，比如碳纳米管等,采用最新科技的纳米材料复合而成，选用进口高档乳液，辅以进口
9、高档 助剂，中等弹性的漆膜能遮盖墙面的细微裂缝及抗水浆泥砂墙面开裂。能防止外界水渗透对混凝土及水泥墙面的 腐蚀，能调整墙面的粗糙度，具有遮盖墙面表面缺陷的功 能。,纳米材料复合漆,树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤维、碳纤维或者芳纶等有机纤维。树脂基复合材料在航空、汽车、海洋工业中有广泛的应用。,树脂基复合材料,航空座椅,电缆桥架,树脂基复合材料 应用简介,风力发电叶片,汽车储气罐,车站,蔬菜大棚,呼吸器气瓶,爬 梯,保龄球,旅游帐篷,热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超
10、高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。,热固性树脂基复合材料,在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等； 在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等； 在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模； 在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。,热固性树脂基复合材料的 主要应用领域,滚塑成型技术又称旋转或回转成型技术。它是将
11、塑料粉料装进模具中，使粉料在模具中绕两个相互垂直的轴，一边加热一边转动。由于在旋转过程中，粉料不断翻动，彼此间相互摩擦及其模具表面对粉料的拖拽，使粉料不断向模具壁上方运动，直到其运动作用力足以克服粉料所受重力作用时，粉料才能越过粉料池达到对面模壁，粉料随模具做360度转动。,热塑性树脂基复合材料,热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。,高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、G
12、MT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。,热塑性复合材料应用,由于热塑性复合材料在韧性、耐腐蚀性、耐磨性及耐温性方面比热固性复合材料有明显的优势，在工艺上具有良好的二次或多次成型和易于回收的特性，所以近年来汽车用热塑性复合材料的增长速度高于热固性复合材料。,用热塑性树脂基复合材料制造的汽车零部件产品主要有挡泥板、风扇罩、仪表板、托架、车门及尾灯、罩、座椅、保险杠、发动机零部件等。今后，随着材料和工艺水平的发展，热塑性复合材料在汽车领域中的应用将会进一步扩大。,环氧棒,
13、人们俗称的引拔棒，一般用于避雷器或者绝缘子芯棒,超高分子量聚乙烯纤维,超高分子量聚乙烯纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强 度和比模量 最高的纤维,其分子量在100万500万的聚乙烯,国防军需装备方面 由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点，防弹效果优于芳纶,航空航天方面的应用 在航天工程中，由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的
14、减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。,超高分子量聚乙烯纤维（UHMWEP纤维），具有轻质高强、使用周期长、耐磨、耐湿、断裂伸长大等特性，而普遍用于负力绳索、船用缆绳、钓鱼线、防割手套等。耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上它制成防护衣料、头盔、防弹衣等。是国际上特种高性能纤维的更新替代品。,解放军QGF-02型防弹头盔，于1997年装备驻港部队，逐步成为我军制式头盔，2005年底部队开始换装03式防弹头盔。该头盔重量1.25公斤，主要材料是尼龙增强树脂、玻璃纤维及芳纶（凯夫拉纤维）。在54式手枪5米射距垂直入射条件下，该头盔的抗弹率为100。
15、,主原料超高分子量聚乙烯纤维包覆钢丝度，高模量，耐磨性等特性在防割手套上得到了充分发挥，本手套经过特殊处理后可有效防护刀具切割，玻璃，铁片等划伤,具有高强力、低伸长、抗磨耐损，操作简便等优点。特别适宜制作大规模绳索。同时可生产防静电等优点而受用户的青睐。,尼龙绞盘绳,玻璃钢,玻璃钢（FRP）亦称作GRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零
16、件和汽车、船舶外壳等。,轻质高强 相对密度在1.52.0之间，只有碳钢的1/41/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。 耐腐蚀性能好 FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。 电性能好 是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。 热性能良好 FRP热导率低，室温下为1.251.67kJ/（mhK
