先进复合材料技术导论

先进材料是科学技术发展和国民经济建设的重要支柱。先进复合材料作为一类轻质高效、节能环保的新型材料，在先进材料领域具有极其重要的地位。自20世纪60年代问世以来，先进复合材料始终是世界各国重点研究开发的关键材料之一，近年来更是备受青睐与重视，在世界各国的军民用领域，尤其是航空领域起到了至关重要的作用。先进复合材料的用量已经成为航空结构先进性的重要标志，大型飞机波音787、空客A350的先进复合材料用量达到50%以上，展示了其令人鼓舞的发展前景。此外，先进复合材料在基础设施、沿海油气田、风力发电、汽车和体育用品等民用工业领域的广泛应用，向人们昭示了其蓬勃发展的未来。

　　国内先进复合材料的发展应用已有30多年的历史，在此过程中获取了大量的性能数据，也积累了大量的设计使用经验。目前先进复合材料继续向高性能化、多功能化和尖端化发展，并向民用领域快速渗透和规模扩张，产业进入应用扩张带动成本持续降低的新阶段。为了适应这一发展需求，我们组织国内先进复合材料领域有实际经验的专家，吸取了国外的先进经验，汇总了国内外*的研发成果，旨在为国内提供一套全面、系统并具有工程应用价值的“先进复合材料技术丛书”。考虑到目前先进复合材料的规模和成熟程度，“先进复合材料技术丛书”的内容主要针对先进树脂基复合材料，涵盖先进树脂基复合材料技术基础、制造技术、性能表征、使用维护以及适航审定等*成果。

　　对于21世纪的企业，其成功不仅仅是利用企业所拥有的知识为企业创造竞争优势，而利用拥有的知识带动和促进产业的跨越更是一种挑战和责任。把拥有的知识用书面文字的形式呈现出来，构建一个公共资料库和交流平台，让更多的人从中受益，为产业的跨越提供支撑——这就是中航复合材料有限责任公司、中国复合材料学会和航空工业出版社出版这套“先进复合材料技术丛书”的初衷。

　　相信这套丛书的出版，会使更多的复合材料科技工作者从中获益，也希望在一定程度上能助力我国复合材料产业的自主创新，对复合材料产业的科技进步产生积极影响。

　　中国工程院院士中国复合材料学会理事长“先进复合材料技术丛书”主编陈祥宝

第1章　绪论

1．1概述

1．2先进复合材料特性

1．3先进复合材料性能

1．3．1树脂基体性能

1．3．2预浸料性能

1．3．3复合材料性能

1．4先进复合材料的发展

参考文献

 

第2章　增强纤维

2．1概述

2．2玻璃纤维

2．2．1玻璃纤维组成

2．2．2玻璃纤维制造技术

2．2．3玻璃纤维性能

2．3碳纤维

2．3．1碳纤维结构

2．3．2PAN 基碳纤维制造技术

2．3．3PAN 基碳纤维性能

2．3．4沥青基和黏胶基碳纤维

2．4芳纶纤维

2．4．1芳纶纤维结构

2．4．2芳纶纤维制造技术

2．4．3芳纶纤维的性能

2．5其他高性能纤维

2．5．1硼纤维

2．5．2超高分子量聚乙烯纤维

2．5．3PBO纤维

2．5．4聚酰亚胺纤维

参考文献

 

第3章　树脂基体

3．1概述

3．2环氧树脂基体

3．2．1环氧树脂合成

3．2．2环氧树脂固化特性

3．2．3环氧树脂的类型

3．2．4环氧固化剂

３．2．5环氧树脂基体改性

3．2．6环氧树脂基复合材料

3．3双马树脂基体

3．3．1双马单体的合成

3．3．2双马树脂基体改性

3．3．3高双马树脂基复合材料

3．3．4氰酸酯树脂基体

3．3．5氰酸酯树脂改性

3．3．6氰酸酯树脂基透波复合材料

3．4聚酰亚胺树脂基体

3．4．1降冰片烯封端PMR型聚酰亚胺树脂基体

3．4．2苯乙炔封端PMR型聚酰亚胺树脂基体

3．4．3液态成形用聚酰亚胺树脂基体

3．4．4聚酰亚胺树脂基复合材料

3．5热塑性树脂基体

参考文献

 

第4章　复合材料制造技术

4．1概述

4．2预浸料制造技术

4．2．1预浸料制造工艺

4．2．2预浸料的性能

4．3热压罐成形技术

4．3．1热压罐成形工艺

4．3．2热压罐成形技术的发展

4．4RTM成形技术

4．4．1RTM成形工艺

4．4．2RTM成形技术的发展

4．5纤维缠绕技术

4．5．1纤维缠绕工艺

4．5．2纤维缠绕技术的发展

4．4自动铺放技术

4．4．1自动铺带技术

4．4．2自动铺丝技术

4．4．3自动铺放技术的应用

4．7预浸料拉挤成形技术

4．7．1预浸料拉挤成形技术

4．7．2预浸料拉挤技术的发展

参考文献

 

第5章　复合材料力学行为

5．1概述

5．2弹性变形

5．2．1广义胡克定律

5．2．2材料的应力—应变关系

5．2．3复合材料有效弹性模量的预测

5．2．4材料变形的测量方法

5．3复合材料强度

5．3．1单向复合材料的细观强度分析

5．3．2复合材料的宏观强度理论

5．4复合材料韧性

5．4．1Ⅰ型层间断裂韧性

5．4．2开孔拉伸/压缩强度

5．4．3冲击后压缩强度

5．5失效行为

5．5．1复合材料层合板的破坏模式

5．5．2复合材料层合板宏观破坏形貌

5．6复合材料力学试验方法

5．6．1拉伸试验方法

5．6．2压缩试验方法

5．6．3剪切试验方法

5．6．4弯曲试验方法

5．6．5短梁强度方法

5．6．6Ⅰ型层间断裂韧性试验方法

5．6．7开孔拉伸试验方法

5．6．8开孔压缩试验方法

5．6．9冲击后压缩（CAI）试验方法

5．7复合材料力学性能B基值计算方法

5．7．1MIL-HDBK-17计算方法

5．7．2FAA回归分析模型

5．7．3MIL方法与FAA方法比较分析

5．7．4小样本分析模型

参考文献

 

第6章　复合材料热与环境特性

6．1概述

6．2热化学行为

6．2．1热氧老化

6．2．2热化学老化

6．3热物理行为

6．3．1热传导性能

6．3．2热膨胀特性

6．3．3蠕变性能

6．3．4物理老化

6．4湿热性能

6．4．1复合材料吸湿行为与表征

6．4．2复合材料吸湿影响因素

6．4．3复合材料湿热老化特性

6．4．4吸湿对复合材料性能的影响

6．5环境特性

6．5．1低温环境特性

6．5．2辐照环境特性

6．5．3盐雾环境特性

6．5．4耐腐蚀性

参考文献

 

第7章　复合材料功能特性

7．1概述

7．2吸波特性

7．2．1复合材料吸波原理

7．2．2复合材料吸波性能表征

7．2．3复合材料吸波特性

7．3透波特性

7．3．1复合材料透波原理

7．3．2复合材料透波性能表征

7．3．3复合材料透波特性

7．4导电特性

7．4．1复合材料导电原理

7．4．2复合材料导电性能表征

7．4．3结构导电复合材料

7．5阻燃特性

7．5．1复合材料阻燃原理

7．5．2复合材料阻燃性能表征

7．5．3结构阻燃复合材料

7．6防隔热特性

7．6．1热防护机理

7．6．2烧蚀防热性能表征

7．6．3防热复合材料

参考文献

 

第8章　复合材料界面

8．1概述

8．2界面黏结

8．2．1界面黏结作用理论

8．2．2物理作用对界面黏结的影响

8．2．3纤维上浆剂对界面黏结的影响

8．3界面黏结强度表征

8．3．1纤维断裂法（单丝断裂法）

8．3．2微球脱黏试验

8．3．3纤维拔出试验

8．3．4纤维压入/顶出试验

8．4界面结构与性能

8．4．1界面微观结构表征技术

8．4．2界面微观结构和性能

8．4．3界面特性与复合材料性能的相关性

参考文献

 

第9章　先进复合材料应用

9．1概述

9．2先进复合材料在航空领域的应用

9．2．1大型客机应用

9．2．2战斗机应用

9．2．3直升机应用

9．2．4航空发动机应用

9．3先进复合材料在宇航领域的应用

9．3．1卫星结构应用

9．3．2液氢贮罐应用

9．3．3发动机壳体应用

9．4先进复合材料的其他应用

9．4．1复合材料高压气瓶

9．4．2轨道交通应用

9．4．3汽车应用

9．4．4游艇的应用

9．4．5风电叶片应用

参考文献

后记

　先进复合材料具有优异的使用性能，其具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳性能好、可设计性强、便于大面积整体成形等独特优点，在航空航天、基础设施、沿海油气田、风力发电、汽车和体育用品等军民用工业领域具有广泛的应用。先进复合材料具有多学科交叉的特点，是目前十分活跃的研究领域，国内每年召开越来越多的先进复合材料学术和技术交流会议表明，目前人们对先进复合材料发展非常关注和具有浓郁的兴趣。

　　为了适应先进复合材料发展的需求，我们组织国内长期从事先进复合材料研究的部分专家编写了《先进复合材料技术导论》，旨在向国内相关研究人员提供全面和系统的相关理论和背景知识。

　　本书内容系统全面，数据表达规范，结构编排合理，力求具有技术先进性和工程实用性，可供复合材料研究、工程制造、设计应用等军用、民用部门参考使用。本书第1章、第4章由陈祥宝编写，第2章由陈祥宝、彭涛、马全胜编写，第3章由钟翔屿编写，第5章由陈新文编写，第6章由李斌太编写，第7章由邢丽英编写，第8章由张宝艳编写，第9章由刘刚编写。全书由陈祥宝统稿，纪艳玲对本书的文字进行了审阅和修改。

　　由于时间匆促，水平有限，错漏之处在所难免，敬请读者批评指出。