第1章 绪论
1.1 背景
第二次世界大战以后,纤维增强聚合物基(FRP)复合材料从一种只能用在特殊情况下的奇特材料逐渐成为一种用途广泛的普通工程材料。复合材料现在用于制造飞机、直升机、航天飞机、卫星、轮船、潜艇、汽车、化学加工设备、运动器械和民用基础设施等,而且还很有可能用于**修复和微电子设备中。复合材料因为其轻质、比刚度高、比强度高、疲劳性能优异和比普通金属合金(如钢和铝合金)更高的耐腐蚀性能,已经成为一种重要的材料。复合材料其他的优点包括各方向力学性能的可设计性,低的热膨胀性能和高的尺寸稳定性。复合材料显著的物理、热学和力学性能使其在很多应用中能够替代金属,特别是在对减重要求较高时,这种优势更明显。
FRP复合材料可以简单地描述为多组分材料,它由增强纤维嵌入硬质聚合物基体构成。FPR复合材料中的增强物可以是微粒、晶须或连续纤维。工程应用中的大多数复合材料的增强纤维是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。有时复合材料的增强纤维也采用硼纤维、光纤或热塑性纤维。许多种聚合物都可以用作FRP复合材料的基体,通常分为热固性树脂(如环氧,聚酯)和热塑性树脂(如聚醚醚酮,聚酰胺)。
在几乎所有需要高刚度、高强度和高疲劳阻抗材料的工程应用中,复合材料的增强纤维通常是连续纤维而不是微粒或晶须。连续纤维复合材料用二维(2D)层状结构来描述,其中纤维排列在材料平面内(xy面),如图1.1所示。2D层压板的一个显著特征是在厚度方向(Z向)上没有纤维排列。从成本、工艺性以及力学性能和冲击损伤容限等方面考虑,没有厚度方向的纤维可能是不利的。
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