工业设计中的复合材料 sc.chinaz.com
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
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
结构分类 按其结构特点分为： ①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。 ②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。 ③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。 ④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
按其结构特点分为： ①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。 ②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。 ③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。 ④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。 结构分类
基体分类 ◆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
基体分类 ◆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
应用领域 ①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。 ②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。 ③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。 ④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用作建筑材料等。 橡塑复合材料 复合材料电缆支架 复合材料武装直升机
②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。 ③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。 ④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用作建筑材料等。 橡塑复合材料 复合材料电缆支架 复合材料武装直升机 ①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。 应用领域
纳米复合材料分类 金属/金属 非聚合物 纳米复合材料 金属/陶瓷 陶瓷陶瓷 聚合物基 纳米复合材料 有机/无机 纳米复合材料 无机物基 聚合物 纳米复合材料 分子复合 聚合物/聚合物 原位复合 纳米复合材料 微纤/基体
纳米复合材料 非聚合物 纳米复合材料 金属/金属 金属/陶瓷 陶瓷/陶瓷 聚合物 纳米复合材料 有机/无机 纳米复合材料 聚合物/聚合物 纳米复合材料 聚合物基 无机物基 分子复合 原位复合 微纤/基体 纳米复合材料分类
聚合物纳米复合材料的应用 ·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年的两款新车GMC Safari和Chevrolet Astro上采 用了一种全新的材料一聚丙烯/膨润土纳米复合材料一制备的脚踏板(stp- 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
• 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 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 (>10w%)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
主要应用领域 • 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
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