复合材料论文范文

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篇1

①毕业设计时间短，与就业实习时间有冲突。高职复合材料专业按人才培养方案将毕业设计安排在第五学期，共八周时间。但这段时间也正是毕业生找工作，签订就业协议的时间。很多学生一旦找到了合适的岗位后，便立即与用人单位签订合同，出去顶岗实习，例如12级专业就有20名左右学生与菲舍尔航空部件公司签订就业协议，提前进厂顶岗实习。学生不在学校，这给毕业设计指导带来了很多的阻碍，指导教师只能通过电话、短信、邮件等方式和学生进行联系，无法进行面对面指导与交流，论文指导效果非常不好。有些学生离校后更换手机号码，不主动和指导教师联系，造成教师根本无法联系上指导学生，更不要谈就论文进行定期指导了。

②开展毕业设计的实践条件不足。毕业设计的选题大致为复合材料成型与胶接两个方向，学校虽然有一定的复合材料的成型和胶接的实验实训条件，但由于场地小，设备缺乏，无法满足专业学生的毕业设计要求，因此学生的毕业设计完成大多是参考相关文献进行工艺设计，只是理论上的分析，不仅学生完成困难，而且没有具体的工艺实训过程操作，内容空洞。

2教师方面

①师资匮乏，教师指导压力大。指导教师相对于学生的数量严重不足，教师指导压力大，无法保证对每位学生毕业设计进行有效的指导。毕业生忙于就业和实习，对于毕业设计不上心，加之高职学生基础薄弱，专业论文撰写的能力不强，所以老师指导起来更是压力倍增。教师在指导毕业设计同时还要完成相对较多的教学任务，往往会精力分散，指导学生又多，导致指导效果不佳。

②选题理论化，部分与生产实践脱节。虽然专业教师均具备硕士学位，专业理论水平高，但多半缺乏企业工作经历，不能及时准确把握企业动态和职业岗位的需求，因此在毕业设计选题上很多老师多半采取由学生自主选择毕业设计课题或让学生参与自己的立项科研课题，而未考虑学生职业岗位的需求。因此选题理论化，与生产实际脱节。

3学生方面

①对于毕业设计积极性不高。在毕业设计期间，很多学生忙于找工作和提前进入企业实习，对于毕业设计积极性不高，得过且过。学生常常不能按时完成老师布置的毕业设计的选题和资料搜集任务，也不能参加老师定期的指导会议。对于后期的论文修改，也不能及时认真修改，很多学生都是随意修改下，就交上来，态度不认真。还有部分同学很难联系上，对于毕业设计任务置之不理。

②搜集、整理资料能力差。撰写毕业设计首先应搜集相关专业资料阅读，并进行分析和整理，随后才能开展毕业论文的撰写。但很多学生搜集网络资料的能力非常差，大多数学生只会使用简单常用的搜索引擎，对于相关论文数据库的使用和信息检索非常陌生。同时，学生资料整理能力也有限，只会将查到的资料东拼西凑、无序堆积，缺乏逻辑性和前后的连贯性。

③毕业设计撰写能力差。毕业设计的撰写指导教师只起引导作用，主要给出资料搜集任务和对论文的修改意见，论文主体是由学生完成。大多数学生撰写毕业设计能力较差，在撰写毕业设计茫然一片，不知道如何编排结构，如何进行分层分析，逻辑推理。只是对搜集到的相关资料进行拼凑，论文内容逻辑混乱，前后层次不明，不连贯，读起来一头雾水。有部分学生内容与题目基本没关系，论文格式更是五花八门，错误百出。

二提高毕业设计质量的途径

1调整毕业设计时间

提前布置毕业设计任务条件允许的情况下，可以把毕业设计任务提前到第四个学期的期末，在学生参加暑期顶岗实习前，进行毕业设计工作动员和任务预分配工作。要求学生在顶岗实习期间，结合自己实习的相关工作拟定毕业设计课题范围，在相关专业岗位认真将其工艺流程、参数等进行详细记录的任务，并要求学生完成实习岗位工艺的相关科技文献查询任务，开学以书面报告形式上交给指导教师。这样为学生后续毕业设计完成积累了素材，完成毕业设计也会顺手很多。

2重视毕业设计选题

注重与生产实践相结合毕业设计的选题应在理论深度上降低要求，注重其技能性和实用性。学生可在顶岗生产实习的过程中自主选择适合工作岗位的课题。由于学生所选课题紧贴工作岗位，有些甚至可能是单位急需解决的问题，学生认真思考和亲手操作过，对于其中的工艺流程和质量管理过程非常熟悉，因此学生的积极性会提高，参与性较强，毕业设计质量会大幅提高。比如2010级部分暑期在西安航天复合材料研究所实习的同学，选择缠绕和模压等与其工作相关的成型工艺作为毕业设计选题，其毕业设计就完成的非常不错。

3专兼职指导教师合作

团队指导毕业设计面对师资力量匮乏，有经验、有资历的指导教师人手不足的情况，我们应充分利用校外实训基地、顶岗实习单位的资源，采取激励制度，扩宽教师聘请的渠道，鼓励和吸引技术专家工程技术人员、技师等具有丰富实践经验的技术骨干到校担任毕业设计指导工作。这些技术人员与我们的专职教师组成团队，共同指导毕业设计工作，这样既缓解了指导教师短缺的矛盾，又弥补了校内指导教师在实践方面的不足。另外，部分提前就业实习的学生可自主选择所在就业实习单位具有高级职称的技术人员作为指导教师，这样在做毕业设计时，指导教师就在身边，可随时指导，提高其解决实际问题的能力，也会避免老师与学生沟通障碍的问题，大大提高毕业设计指导效率和毕业设计质量。

4加强对毕业设计过程的监管

学校和系部对学生的毕业设计环节应加强监督管理，定期抽查，体现对毕业设计环节的重视。教研室定期组织指导教师对学生的毕业设计情况进行检查并将各组检查情况上报教研室。定期召开会议对各组指导情况及检查中存在的问题进行探讨，并给出下一阶段指导工作的任务和具体要求。另外还可开展教师和学生的互评活动，要求教师根据学生的表现给学生打分作为最后毕业设计总评的一部分；学生也可以根据教师的指导情况给教师评分，作为对教师教学效果评价的一部分，这样给学生增加了压力，给教师增强了责任心。与此同时，要严把答辩关，对于审查教师和评阅教师共同认定合格的论文才能进行答辩，并要求每位同学必须现场答辩，答辩过程中，论文的质量和现场表现均要纳入到答辩成绩中。

5毕业设计考核评价过程化

将学生平时参加组内讨论会情况、资料搜集整理工作情况、论文进度汇报工作情况、论文质量、答辩表现情况均纳入毕业设计考核中，并根据相应的项目给出合理的分数。毕业设计的考评最大限度反映学生的专业知识和综合素质水平，也使毕业设计考核工作更加合理和公平化。

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2剪切

GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518均利用±45°层合板拉伸试验，得到复合材料面内剪切响应，该试验方法具有测试试样简单、不需要夹具以及采用引伸计进行应变测试的特点。并已证明和其他剪切试验方法的模量测试具有良好的一致性。尽管很多人认为试样的应力状态可能不“纯”，但它的响应确实模拟了结构层合板中的实际应力状态和铺层相互的作用，对于设计者来说是比较实用的［4］。GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518仅适用±45°均衡对称铺层的层合板试样。在整个工作段存在面内正应力分量，且在自由边界处存在着复杂的应力场，因此所计算的破坏剪应力值并不是材料的剪切强度值。特别是在大变形时，随着应变的增加导致纤维方位逐渐变化，逐渐偏离纤维方位假设。ISO14129和ASTMD3518都规定在5%剪应变时终止试验，以5%剪应变时的剪应力作为极限剪切强度，GB/T3355-2005对此没有规定，在新修订的GB/T3355中已作了相应的修改。ASTMD5379和我国标准《聚合物基复合材料剪切性能V型缺口梁试验方法》(报批稿)，有一比较突出的优点，不仅可测得G12、τ12，通过改变试样的方向，还可测得G21、G13、G23、G31和G32。从图2试样的剪力图和弯矩图可以看出，试样工作区处于恒剪力而弯矩为零的区域，V型缺口影响沿加载方向的剪应变，使剪应力分布更加均匀。剪力分布的均匀度为材料正交各向异性的函数，在［0/90］ns类型层合板上已经获得最佳的所有面内剪切结果［4］。然而试样工作段处于恒剪力而弯矩为零仅是理想状态，实际情况是夹具对试样施加的是分布载荷，它会对剪应变的分布和正应力分量产生影响，该影响对［90］n、含±45°铺层试样特别不利［4］。加载过程中可能发生试样的扭转，扭转影响强度，特别是模量的试验结果。GB/T28889、ASTMD7078与ASTMD5379有很多相似之处。GB/T28889、ASTMD7078大大改善了ASTMD5379对［90］n、含±45°铺层试样特别不利的状况。加载过程中的扭转，特别是试样两边螺栓的扭力不一致时，对试验结果有较大影响。试样缺口处的宽度达31mm，对某些层合板，难以加载至破坏的现象时有发生。ISO15310要求有特殊的试验夹具，加载点定位困难，不适合于获取剪切强度数据。ASTMD4255要求有特殊的试验夹具，结果易受试样加工缺陷影响，所得的数据离散较大。ASTMD5448的试样为纤维缠绕圆管，试样制备的费用高，端部夹持处存在应力集中，容易造成在夹持区内破坏。GB/T1450.1、JC/T773和ISO14130仅能测得层间剪切强度，不能测得剪切响应。GB/T1450.1试样型式存在应力集中，所得的数据离散较大。综上，测G12、τ12时，建议按GB/T3355、ISO14129、ASTMD3518和ASTMD5379试验，并在5%剪应变时终止试验;测［0］ns、［0/90］ns层合板的剪切参数时，按ASTMD5379试验;测［90］ns、含±45°铺层或织物增强层合板剪切参数时，按GB/T28889、ASTMD7078试验。

3压缩

除试样加工影响外，受试样几何尺寸、对中和夹具的影响，采用不同的方法，所测得的压缩强度是不同的。其中夹具设计和加工精度尤为重要，夹具的过度约束可能遏制某些实际的破坏模式，导致测试值偏高;但如没有合适的约束，会发生试样端部开花、屈曲等破坏，导致测试值偏低。所有标准仅给出夹具的型式，没有规定夹具的材质、尺寸、加工精度等细节，因此使用者需根据经验、摸索等设计加工合适的夹具。GB/T3856、GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410圆锥形剪切加载夹具存在试样安装和应变测量难度较大的问题。GB/T3856没有规定在测试过程中判别试样是否弯曲或屈曲，且试样宽度仅为6mm，对一些材料存在尺寸效应，影响测试结果。GB/T5258和ISO14126给出了端部加载夹具，该夹具仅适用低性能的材料，如短纤维复合材料、连续纤维复合材料较弱的方向。GB/T3856和GB/T5258没有规定模量的取值范围，期望修订时增加。GB/T5258和ISO14126的联合加载以及ASTMD6641的联合加载，试验方法依赖于试样与夹具间的高摩擦系数。GB/T1448要求试样厚度为4mm以上，更适合面外压缩性能测试。综上，测定面内压缩强度σc1和σc2时，建议采用剪切加载方式，按GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410进行试验;测定面外压缩强度σc3时，按GB/T1448进行试验。

4层间拉伸

复合材料层间拉伸的国外标准并不多，较为成熟的标准方法有ASTMD7291。我国尚没有制订测定层间拉伸模量E3的标准，GB/T4944仅能测定层间拉伸强度，不能测定E3。因此，期望制定测定E3的国家标准，或在修订GB/T4944时增加测定E3。

篇3

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

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、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。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)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

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、GMT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。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

篇4

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

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、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。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)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

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、GMT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。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

篇5

2金属层状复合材料的生产工艺

2.1金属层状复合材料生产中的固－固相复合法

金属层状复合材料中的固－固相复合法是一种在上世纪30年代就发展起来的加工工艺，其主要原理是将两种或多种已经成型的板材通过叠加或者是轧制的方法使其能够形成多层复合的方式，从而使这种复合板材能够达到所需的性能要求。其中，复合板材所采用的轧制方法主要有热轧和冷轧两种，采用轧制的方法生产的复合板材具有生产成本较低、生产迅速以及成本板材的精度较高等优点，通过与现有的钢铁生产工艺及生产装备相结合能够实现大规模的生产，利用轧制法可复合的金属种类很多，但轧制复合往往需要进行表面处理和退火强化处理等工艺，板型控制困难，轧件易边裂，易形成脆性金属化合物，且道次轧制变形量大，需要大功率的轧机。

2.2金属层状复合材料生产中的爆炸复合法

此种方法的主要原理是通过使用炸药作为主要的能源，从而将多种金属材料复合焊接成一体的加工工艺，采用此种加工工艺的优点是生产出来的板材具有很高的产品适应性且保留了复合材料原料的一些特性，同时生产的板材结合界面的结合强度较高，能够使得其在后续的加工过程中保持较为良好的加工特性，同时对于金属层状复合材料的大小以及形状等都具有很强的可调性且对生产设备要求较低，缺点是生产过程中会产生巨大的噪音从而不利于生产的连续进行。

2.3金属层状复合材料生产中的爆炸－轧制复合法

此种方法结合了固-固生产法中的轧制法以及爆炸法中的一些优点，通过使用此种方法可以使得金属层状复合材料板能够生产的尺寸更大、厚度更薄、长度更长以及更细的复合金属材料，从而使得金属材料的性能克服了单一工艺中所存在的一些问题。

2.4金属层状复合材料生产中的扩散焊接法

金属层状复合材料经过多年的发展，已经具有多种生产工艺及加工技术，扩散焊接是一种对在金属层状复合材料的复合加工中常用的技术，其能够进行多同种或不同种材料进行复合。在加热到母材熔点0.5～0.7的温度时，在尽量使母材不出现变形的程度下加压，使母材紧密接触，利用界面出现的原子扩散而实现结合的方法。

2.5金属层状复合材料生产中的液－固相复合法

此种方法的原理是将一种（液相）的金属材料通过多种不同的方式均匀的浇铸在其他一种固态金属材料的表面，并依靠两种金属材料表面之间所产生的一定的反应来使两者之间出现结合，并在液态金属凝固后对其进行压力加工。

2.5.1直接浇铸复合法

直接浇铸复合法的制造工艺如下：首先需要将两块在内侧涂抹有剥离剂的钢板进行相应的叠合，并将两块钢板四周进行焊接后放入盛有金属液的铸模中，待到周围的液态金属凝固后进行一定的轧制，轧制完成后将焊接的钢板四周的焊缝去掉，从而可以得到分离后的两块液固复合板，在进行金属层状复合材料板的生产过程中如果做好对于加工温度的把控可以使得复合材料板具有较高的复合强度。此种方法操作方便、由于无需使用过多的机械设备以及其他附加工艺，因此，其加工成本较低，可以应用从而进行批量化生产，不足之处是由于需要将固态的金属板放置于高温下的液态液中待其凝固，在这一过程中，由于两者金属材料熔点的不同会使得高温的液态金属会对固态金属的表面造成一定程度的熔损，从而会对生产出来的金属层状复合材料板的质量造成一定的影响。双流铸造法又被称为双浇法，其主要是通过使用两种液态金属同时开始进行铸造，其主要利用的是两种合金之间的熔点差，通过将低熔点的合金首先浇注在一种特殊的扁模具中，而后通过将模具内的抽板进行一定的提升，其后再将高熔点的合金浇注在抽板提升后所留下的空位中，从而得到所需要的复合金属材料，使用此种方法需要做好时机的把控，特别是在金属液的浇注速度方面更是需要注意，从而使两层金属界面结合良好且界面稳定是比较严格的。

2.5.2钎焊法

钎焊法的主要原理是通过利用浸润的液态金属相凝固使两种金属焊合一起的技术方法。此种方法的加工工艺简单、操作方便，能够方便、快捷的完成异种金属之间的结合，其缺点是在钎焊结合部位的硬度不高，从而使得复合材料板出现小孔、夹渣、偏析等缺陷。

3金属层状复合材料中的表面工程技术

电镀主要是通过溶液中所含有的金属离子在导电的情况下聚集到电极中的阴极中并均匀的覆盖在阴极的表面使其形成能够与基体牢固相结合的镀覆层的过程。经过多年的发展，电镀已经成为了现今工业生产中的重要组成部分。除了电镀外，在材料表面工程处理中还具有刷镀、化学镀以及热喷涂、化学气相沉积法、物理气相沉积等多种表面处理技术，以上这些技术都各有优缺点，应当根据金属材料表面的特性需要适合的技术。

4金属层状符合材料的发展展望

随着科技的进步以及越来越多的新技术被应用于材料生产工艺中，现今，在金属层状复合材料的生产过程中主要有电磁成型复合、自蔓延高温合成焊接技术、激光熔覆技术、超声波焊接技术以及喷射沉积复合技术等。采用以上这些技术能够使得金属复合材料性能更高以及生产更为简单方便。

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中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：

复合加筋排水褥垫是一项在排水固结法加固路基的工程中代替水平排水砂垫层，同时具备加筋作用与水平排水的新技术。该技术同传统排水技术相比，具有空隙率大利于排水、高柔性且抗拉性极强、重量轻、施工方便等优点。从目前来看，路基的变形是一个非常棘手的问题，主要表现在了路基的沉降以及水平侧向位移等方面。本文先介绍了负荷加筋排水褥垫技术的原理，其次分析了复合加筋排水褥垫加固路基的机理与影响因素，最后提出了负荷加筋排水褥垫加固路基的排水设计方法。

一、复合加筋排水褥垫技术概述

复合加筋排水褥垫在加固路基中的运用，在一定程度上替代了以往的水平排水砂料垫层，它对于路堤有着加筋的作用，它主要包括了条状塑料褥垫、连接槽、扒钉以及针刺无纺布。

这种复合加筋排水褥垫的特征是：选用聚丙烯作为原料，在一定强度的高温下热溶，然后通过模具挤出塑料细丝（直径为1mm），将塑料细丝进行有序的缠绕（犹如方便面状），从而形成截面为矩形的条状排水褥垫；在排水褥垫之外用针刺无纺土工布包裹，并在其上打孔形成相应的连接槽，便于塑料排水板顺利插入地基中；通过扒钉将条状的塑料褥垫串接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫。

负荷加筋排水褥垫的具体施工工序如下：1）平整路基及周边的场地，清除一切杂物，并且保证相关施工器械要及时到位；2）塑料排水板的施工；3）沿着路堤的横纵向分别铺设条状的塑料褥垫，便于排水板插入连接槽之中；4）在塑料褥垫的相互交接处，安装扒钉促使塑料褥垫连接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫；5）进行路基的相关填筑工作。

二、影响加固效果的因素分析

（一）计算条件

一般情况下，为了便于计算，在加固模拟试验中，都会对地基的条件做一些相应的简化。通过一系列的设置以及试验，取得了相关的数据，根据这些数据便能很好的分析实际操作中的加固效果。在相关的计算中，为了简化计算流程，会将排水板的密度、模型的参数都设置与同层土的相应参数保持一致。换句话说，没有考虑塑料排水板在打设过程中引起的地基刚度变化，而只是纯粹考虑了塑料板本身的排水作用。但在实际的操作过程中，往往与这种“试验”相去甚远，计算条件是否合理科学有效，在很大程度上影响着施工的加固效果。

（二）地基强度

在有关路基工程中使用了复合加筋排水褥垫层，这在一定程度上会改变地基的位移场与应力场，而地基的模量大小也会对复合加筋排水褥垫层的加筋效果产生巨大的影响。地基模量的变化值主要有0.5MPa、1MPa及1.5MPa三种，而复合加筋排水褥垫层对于路堤的影响与砂垫层对路堤的影响之间有着莫大的差异。一般而言，地基模量对于路堤底部的竖向位移与堤趾的垂线下地基位移水平的深度有着巨大的影响，比如说施工结束时，模具分别为0.5MPa、1MPa与1.5MPa的情况下，复合加筋排水褥垫层与砂垫层相比而言，路堤的底部中心沉降百分点，前者分别低了大约10.8％、7.2％和5.6％；而在堤趾垂线下的最大侧移方面前者则分别低了大约40.2％、4.8％和4.8％。由此表明，复合加筋排水褥垫层对于路基有着较强的适应能力，尤其对于软路基而言，若地基越软，则更适合于复合加筋排水褥垫层的有效发挥。

（三）填土的高度

分别取路堤的填土高度为3m、5m、7m进行比较，一般而言，路堤的底部沉降以及堤趾垂线下侧移会随着填土高度的增加而变大。当路堤的堆载结束之后，分别在前述三种填土高度下对两种方式下效果进行比较，大约可以得到以下的数据：复合加筋排水褥垫层路堤与砂垫层路堤相比，前者在沉降方面减少了大约24.2％、14.6％和6.9％；在堤趾垂线下最大侧移方面，前者比后者减少了大约5.5％、2.9％和0.3％。从这里也可以看出，复合加筋排水褥垫层的加筋效果明显优于砂垫层加筋效果，并且随着路堤的高度越来越小，复合加筋排水褥垫层的加筋效果就更好更明显。

（四）土层的厚度

在不同厚度的土层中，复合加筋排水褥垫层路堤相较于砂垫层路堤而言，其底部的沉降和堤趾垂线下侧移均有着一定的减小。同理，我们把土层厚度分别取为5m、10m、20m进行分析与探讨。当路堤堆载结束之后，把两种类型的结果加以比较，前者在沉降方面低了大约0.2％、14.6％和4.9％，而在堤趾垂线下最大侧移方面，前者低了大约3.O％、2.9％和2.1％。从这组对比数据分析得知，当在中等土层中时，采用复合加筋排水褥垫层能够有效限制地基的沉降，并且在改善侧向位移方面也有一定的成效。

三、复合加筋排水褥垫技术的稳定性与经济性分析

为了进一步分析复合加筋排水褥垫层对于路堤及其边坡的稳定性影响，我们可以利用强度折减弹塑性有限元计算方法分析复合加筋排水褥垫路堤及其边坡，然后通过一些科学计算方法将结果计算出来之后，与砂垫层路堤工程进行对比。比如在一个案例中，土体选用的模型是Mohr—Coulomb，然后计算相关的参数。在具体的计算过程中，可以设定三维计算模型的厚度方向取为1.5m，并且对土体以八结点四面体单元的形式进行剖分。通过分析与计算，在同等条件下，复合加筋排水褥垫层加固路堤及其边坡的安全系数要高于砂垫层加固的路堤及其边坡。可见，复合加筋排水褥垫技术有着非常明显的优势，加筋效果非常好。对于复合加筋排水褥垫技术的稳定性而言，它对于路基及其边坡的影响非常重要，这不仅关系到了路基的沉降变化以及水平侧向位移，更关系到了工程的质量与安全，更进一步来讲，它关系着人类的生存与发展。

复合加筋排水褥垫技术同砂垫层的经济性对比分析来看，复合加筋排水褥垫技术的经济性确实要高很多。比如说上海的北环高速公路在路基的处理上便采用了堆载预压加固方式，在水平的排水垫层上方案一：采用的是铺垫50cm砂垫层；方案二：采用复合加筋排水褥垫层，并且在褥垫层中间还铺素填土，而且塑料排水板之间的距离为1.5m，用正方形来布置。根据当地的造价来计算，可以看出，方案一花费的单价大约为60元/m2；而方案二中，利用复合加筋排水褥垫设置的话，通过详细的计算，这种方案花费的单价大约为34.33元/m2。从这里不难看出，采用方案二更加划算。

四、结语

综上所述，在路基的变形处理上，我们可以采用复合加筋排水新材料，也就是排水褥垫层的使用。复合加筋排水褥垫层具有适应能力强，并且路基越软其效果越佳；路堤的高度相对较低时，利用复合加筋排水褥垫层的加筋效果更明显；复合加筋排水褥垫层对中等和深厚的路基有着更明显的加筋效果等优势。此外，与传统的砂垫层路堤相比，复合加筋排水褥垫路堤边坡稳定性提高，并且复合加筋排水褥垫可节省造价，减少工程开支，从而最大化地实现工程利益。

参考文献：

[1] 蔡晓光.复合加筋排水新材料加固路基变形与稳定分析[D].河海大学,2008.

[2] 蔡晓光,刘汉龙.复合加筋排水褥垫加固路基有限元计算[J].岩土力学,2008,29(8):2302-2306.

篇7

 

1 引言

颗粒性复合材料由于其优异的性能在工程实际中得到广泛应用[1]，但是在高温条件下工作的复合材料构件不可避免地产生热膨胀，导致结构尺寸发生变化而产生热变形，过大的热变形会导致结构破坏，这就要求材料具有很强的高温稳定性和低的热膨胀系数。而对复合材料的热膨胀系数进行预报是细观力学界研究的重要内容之一，也是对材料进行热分析的基础。当前，对于复合材料热膨胀系数预报多见于单向或长纤维复合材料[2-5]，而对于颗粒性复合材料研究较少[6]。姚占军等人利用二相胞元法预报了颗粒增强镍基合金复合涂层的热膨胀系数，但其所建立的模型中并未考虑界面因素影响[8]。

本文基于细观力学理论建立了包含脱粘界面在内的复合材料四相模型，如图1所示；将颗粒夹杂、脱粘界面和基体壳简化为椭球三相胞元；根据Eshelby- Mori-Tanaka方法推导得到颗粒夹杂和脱粘界面的热膨胀本征应变，进而求出三相胞元的热膨胀系数；考虑到三相胞元在复合材料中随机分布，应用坐标变换公式得到复合材料平均热膨胀应变，进而求得复合材料的热膨胀系数。

2 热膨胀本征应变

取出一个三相胞元如图2所示，设三相胞元、颗粒夹杂以及脱粘界面体积分别为V为V1为V2，颗粒夹杂和基体的弹性常数分别为L1和L0，热膨胀系数分别为和。论文大全，三相胞元。

当温度变化ΔT时，由于基体和颗粒夹杂热膨胀系数失配而产生热应力为

（1）

式中，为颗粒与裂纹相互作用引起的扰动应变。

利用Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论可知颗粒中应力为：

（2）

其中，

（3）

式中，为是基体与颗粒的应变差值，是颗粒的等效本征应变，是基体和颗粒热失配应变，

（4）

此处

（5）

由于颗粒各向同性，我们知道

（6）

假设脱粘界面中存在应力，其弹性常数为，则根据式（2）得到：

（7）

（8）

其中，为脱粘界面与基体的应变差值，为脱粘界面的的Eshelby张量[7]。论文大全，三相胞元。论文大全，三相胞元。

实际上三相胞元脱粘界面处不存在应力，即，因此有

（9）

根据三相胞元内部扰动应力自平衡条件:

(10)

这里将(1)、(2)式代入(10)式得

(11)

式中，

将（3）和（11）式代入到（2）式得

（12）

上式，

其中，

将（11）和(12)式代入到（9）得到

（13）

式中

3 三相胞元等效热膨胀系数

体积为V的三相胞元的平均应变可以借助总量平衡的方法得到

（14）

将（3）、（8）和（11）式代入（14）得到

（15）

将（12）和（13）式代入（15）得到

（16）

式中，

矩阵K为3×3阶对称矩阵，可写成如下形式

（17）

式中Ki由颗粒和脱粘界面的Eshelby张量以及基体和颗粒的弹性常数确定。论文大全，三相胞元。

根据（16）和（17）可知

（18）

由此可得到三相胞元的热膨胀系数为：

（19）

4 复合材料的有效热膨胀系数

假设三相胞元椭球的三个主半轴长为，三相胞元椭球形颗粒为横观各向同性材料，其中为材料的对称轴，并且。论文大全，三相胞元。三相胞元颗粒在复合材料中随机分布，并设轴与x，y，z轴分别成，，角。

当无限大体内部温度改变时，单个三相胞元颗粒产生的热膨胀应变为：

(20)

再由应变换轴公式知单个三相胞元颗粒在坐标轴x，y和z方向的热膨胀应变为：

（21）

因为三相胞元颗粒在复合材料中随机分布，材料的平均热膨胀应变为所有颗粒的热膨胀应变关于随机后的均值，取分布函数为，则有

（22）

经积分得

（23）

由上式可看出复合材料为各向同性，进而求出复合材料的有效热膨胀系数为

(24)

图3给出含有脱粘界面体积分数分别为0.03%、0.05%和0.07%时，复合材料有效热膨胀系数随颗粒含量变化曲线。从中可以看出，复合材料有效热膨胀系数随着颗粒含量的增加而减小，主要因为颗粒的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数，其含量越大，对复合陶瓷的热膨胀系数影响也越大；另外，脱粘界面含量越高，热膨胀系数也越小，因为复合材料在受热膨胀时，微裂纹存在会降低颗粒对基体的影响，满足一般规律。

图4给出含界面体积分数分别为0.03%、0.05%和0.07%时，复合材料有效热膨胀系数的尺度效应。论文大全，三相胞元。从中可以看出复合材料热膨胀系数随颗粒直径增加而减小，因为颗粒的热膨胀系数大于基体的热膨胀系数，直径越大，单个颗粒的影响也大。

5结论

1）本文基于细观力学方法建立了包含脱粘界面在内的复合材料四相模型，将颗粒夹杂、脱粘界面和基体壳简化为椭球三相胞元，并根据Eshelby-Mori-Tanaka方法得到颗粒夹杂和脱粘界面的热膨胀本征应变，推导出三相胞元的纵向和横向热膨胀系数；

2）根据三相胞元的方位随机性，结合应力应变换轴公式确定复合材料平均应变，进而求得复合材料热膨胀系数；

3）数值结果表明：随着颗粒夹杂含量增加，复合材料有效热膨胀系数会减小；另外，复合材料有效热膨胀系数具有较强的尺度效应，随着颗粒直径的增加，热膨胀系数会降低。

参考文献

[1]Wang Junying, Ni Xinhua, Yang Qizhi.Study of thermal fatigue resistance of a composite coating made by a vacuumfusion sintering method[J]. International Journal of Plant Engineering andManagement 2003,8: 60-64.

[2]Z Haktan Karadeniz, Dilek Kumlutas. Anumerical study on the coefficients of thermal expansion of fiber reinforcedcomposite materials[J]. Composite Structures, 2005, 55(1): 1-10.

篇8

主管单位：

主办单位：北京航空航天大学;中国复合材料学会

出版周期：双月刊

出版地址：北京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1000-3851

国内刊号：11-1801/TB

邮发代号：

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1984

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉：

Caj-cd规范获奖期刊

联系方式

期刊简介

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1、尺寸效应

当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。

2、表面效应

一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。

纳米微粒尺寸d（nm）包含总原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。

3、量子隧道效应

微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。

二、高聚物/纳米复合材料的技术进展

对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类：

1、高聚物/粘土纳米复合材料

由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。

2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料

用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。

3、高聚物/碳纳米管复合材料

碳纳米管于1991年由S.Iijima发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。

碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30－50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。

篇10

引言

碳纤维复合材料具有良好的力学性能和稳定的化学性能，作为一种结构材料已被广泛应用于航空航天、土木工程以及人们日常生活中的各个领域。同时，碳纤维复合材料具有良好的导电功能和力电效应（电阻（率）随应变等力学参数线性可逆变化），具有结构自监测和电磁屏蔽等多种智能特性。经过研究发现，树脂基碳纤维复合材料作为一种智能材料，具有良好的灵敏度和稳定性，可通过监测智能层电阻率的变化，从而实现对结构的应变测量。

本文探讨一种“U”型碳纤维树脂基智能层作为传感元件，具有结构简单，稳定性好，灵敏度高等优点，尤其是在树脂基复合材料结构的检测中的应用,相对于其他传感元件(如应变片、光纤传感器件等)而言,其具有本征特性的优势，因而在树脂基复合材料结构监测中具有潜在的应用前景。

1智能悬臂梁实验

1.1测试原理

以悬臂梁结构形式来说明智能层的应用原理，如图1与图2所示。将图2所示长为c的“U”型树脂基碳纤维智能层贴在悬臂梁上部，在自由端施加集中载荷F。由于碳纤维智能层测量的是悬臂梁的线应变，需要确定荷载F与智能层所测线应变之间的关系。

收稿日期：

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［关键词］

课程改革；课程实践；启发式；教育

复合材料结构与性能是本校针对复合材料与工程专业大四学生开设的一门专业必修课程。本课程是在学生学完了材料学概论、树脂基复合材料、复合材料工程实验等专业课程之后，为进一步拓宽学生的专业知识面、培养学生综合知识的运用能力而开设的，目的是培养其在复合材料原材料的选择、改性、结构设计方面综合运用知识解决实际问题的能力。复合材料结构与性能的教学内容包括复合材料概述、树脂基体材料结构与性能、高性能增强材料、增强材料铺层结构与性能及复合材料夹层结构等。复合材料概述部分重点介绍复合材料结构所包含的三个结构层次和复合材料的发展及应用近况；树脂基体材料部分主要介绍聚合物分子结构对性能的影响及基体材料的最新研究进展，让同学们通过学习掌握分子结构设计原理，初步具备从性能角度出发筛选合成原料的能力；增强材料铺层结构与性能和复合材料夹层结构部分突出复合材料结构的可设计性，根据复合材料结构件的受力情况，介绍增强材料铺设方式设计和夹芯材料选择的理论依据。不同于大学基础理论课，大学专业课的课堂教学内容必须紧跟本学科技术的发展。课堂教学中，教师在介绍完基础理论知识后，一定要配合实际的生产应用案例对其进行应用说明，这样有利于学生理解和掌握此知识点，并能通过实际的应用案例理解单纯追求某一性能指标是没有意义的，实际应用过程中应考虑工艺性能、应用性能、节能环保等综合因素。该课程为新开课，在教学内容、教学素材、教学方法等方面还需要进一步完善和改革，以适应复合材料现代科学技术的飞速发展。

一、充分利用信息化资源，丰富教学内容

在教学过程中，我们充分利用信息化资源、信息化技术来辅助教学，丰富教学内容，利用多媒体技术进行高密度的知识传授，增大教学信息量，并借助图片、动画、视频等媒介，增强学生的理解力，加深他们的记忆。［1］我们在传统的PPT中加入实物图片、工艺图片、三维设计动画、复合材料生产视频等，以丰富教学内容，把学生关心的一些复合材料应用领域的相关知识（复合材料原料、工艺及应用等）直接向学生演示出来，从而与文字讲义相呼应，给相对枯燥的教学注入兴趣和活力。多媒体教学（如制作动画、录像、图片和三维模型等）将原本抽象的、不易理解的复合材料多相结构生动、形象地展现出现，便于学生理解和记忆，加深对复合材料结构的理解，深层次理解复合材料结构对性能的影响。我们在查阅大量国内外文献的基础上，编写了适合本课程教学特点的电子课件，并根据需要采用大量生动、形象的工艺流程图介绍复合材料的生产工艺，以实物图片介绍复合材料的应用领域，采用动画、视频的形式介绍复合材料不同层次的结构及结构设计对性能的影响。对于较难理解的章节，采用模型或模拟辅助教学可以提高教学效果。为了让学生较好地了解复合材料领域的发展，教师需要密切关注该行业国内外的发展动向，及时查阅相关的文献资料，获取与国际接轨的最新知识、先进教材和信息。教师需要适时地参加国内外复合材料展览会，对国内外参展公司的展品、设备和技术图片进行拍照、录像并整理，将其融入课程内容；还可以参加复合材料相关的学术研讨会，密切关注复合材料领域的新技术、新工艺的发展和应用，及时更新本课程的教学内容。

二、授课内容注重理论与实践相结合

复合材料结构与性能是一门实用性较强的课程，单纯以文字的形式介绍复合材料结构与性能，特别是复合材料的夹层结构，很难介绍清楚，学生也很难想象，难以理解。因此，教学中一定要理论联系实践，以案例的形式讲授知识，如以风力发电机叶片、雷达罩、飞机机翼的结构为例，分别介绍其选材、结构，并解释原材料选择原因、结构设计的原理、性能特点、国内外的技术差距等。作为教师，将自己科研工作的实际应用案例加入课程讲授，理论联系实际，丰富课程内容的实用性，是非常必要的。不同高校复合材料专业的研究领域、研究特色不同，有的高校侧重于增强材料的研究与开发（如东华大学），有的高校重点研究复合材料结构件的设计制造（如武汉理工大学），而本校复合材料专业侧重于高性能树脂基体材料的研究与开发。在本课程的讲授过程中，我们将本校树脂基体方面取得的研究成果按相应类别穿插在课程内容中，如将耐腐蚀的乙烯基酯树脂、高残炭酚醛、脂环族环氧树脂、高性能芳炔树脂、高性能透波树脂等内容加入课程，分析其结构与性能特点。我校在复合材料增强材料、增强材料的铺设方式、复合材料结构的设计方面开展的研究工作较少，如果要想在这几章内容的教学中联系实践，教师需要做很多资料收集工作，特别是针对增强材料铺设方式和夹层结构部分，需要到相应的研究单位、生产单位进行调研，制作相应图片、三维模型、动画及视频，以丰富教学内容，便于学生理解。［2］

三、改进授课方式，采用启发式教学，让学生根据自己的兴趣点进行自主学习

复合材料结构与性能是复合材料专业大四学生的专业必修课，他们在此之前已经学完了大部分的专业课程，已基本掌握了复合材料的专业知识。本课程的目的是进一步拓宽学生的知识面，培养学生的创新思维，实现与毕业课题研究、社会工作的衔接。因此，教学中应该改变以往的“老师讲、学生记”的方式，鼓励学生运用前面学过的专业知识去思考，激发创新思维，从中获得运用知识解决问题的成就感。教师可以提出现在行业中的难题，让同学们通过查找资料寻找解决方法，发挥大学生精力旺盛、创新性强的特点。［3－4］这也对教师提出了要求：要紧跟本学科的发展，与复合材料相关企业建立密切联系，了解本专业新型的原材料、成型技术、成型设备及新型制品结构。在复合材料概述中介绍新型的复合材料时，同学们对“自修复复合材料”非常感兴趣，但课上仅仅介绍了“自修复复合材料”的设计原理和性能特点及其在航天领域中的应用前景，教学中若能够以实物图片展示此材料的使用案例，以录像展示生产工艺过程，并提出应用过程中有待解决的问题，则可以更生动、具体地体现该材料的结构与性能的关系。我们采用了启发式教学方法，建立教师和学生间双向互动的课堂气氛。教师采用提问的方式启发和调动学生的主观能动性，让学生对问题进行思考；当堂课不能解决的问题，则要求学生课后查找资料，以小论文的形式提交解决方案；鼓励学生探索科学前沿，激发学生对科学研究的兴趣。比如我们给学生留的课后作业为“你认为最有发展前景的复合材料是哪种类型？解释其原因”和“热固性树脂复合材料和热塑性树脂基复合材料的优缺点及其发展趋势”。课余时间，学生们根据自己的兴趣爱好去查找相关的资料，了解该类复合材料的结构、性能、应用及发展情况。这样不仅能够拓展学生的知识面，还能够激发其对复合材料科研的兴趣。［5－6］

四、考核方式多元化，培养学生思考问题、解决问题的能力

复合材料专业课程大多采用闭卷考试的方式进行考核，考试形式重于内容，考试分数重于能力，平时认真听课、认真思考的同学考试的分数倒不一定比背讲义、背课后题的同学高，这样打击了应用能力较强的同学的学习积极性，也与本课程的培养方案相悖。复合材料结构与性能是大四上半学期的专业必修课，是理论与实践相结合的一门课，旨在引导学生运用所学知识发现实际生产中的问题并解决问题，传统的靠知识点记忆的考核方式显然已不适用于本课程，课程改革也应在考核方法上有所体现。根据知识点的不同，本课程宜采用多元化的方式对学生进行考核。重要的概念、原理、工艺、聚合物结构及性能等要求学生掌握的知识点可采用闭卷考试，而不同类型复合材料的性能特点、发展及应用方面的知识是动态发展的，可以采用开卷考试的方式。这样学生可以在课下查阅大量的文献资料，详细了解复合材料的发展趋势，激发学习兴趣，拓展专业知识面。对于综合知识的运用，即从选择原材料、成型工艺选择、增强材料的铺设方式、夹层结构设计等方面设计某复合材料结构件，则采用小论文的形式考核，如设计轻质高强的工字梁结构。多元化的考核方式可以使学生成为学习的主体，有利于调动学生的积极性，并培养学生综合运用知识的能力。我们通过教学题材的更新、教学内容的多样化、教学方法和考核方式的改革，力争从教师讲授向学生在老师的启发下自主学习的模式转变，从而达到提高学生学习主动性、激发学生创新性的目的。课程改革和创新需要在实际教学过程中摸索，我们将结合复合材料新技术的发展，继续探索复合材料结构与性能教学新模式。

作者：宋宁 侯锐钢 周权 陈麒 王帆 方俊 倪礼忠 单位：华东理工大学材料科学与工程学院特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室

参考文献：

［1］赵洪凯，肖力光，刘亚冰，等．《复合材料》课程建设与教学研究［J］．广州化工，2010，38（10）：229－230，236．

［2］邓洪．材料化学专业《复合材料》课程建设与教学研究［J］．中南林业科技大学学报（社会科学版），2009，3（3）：142－144．

［3］曹尤，王丽华，谷亚新．具有土木建筑特色的聚合物复合材料课程建设［J］．沈阳建筑大学学报（社会科学版），2012，14（3）：326－328．

篇12

复合材料学是材料科学与工程学院的一门院级专业基础课程，它是研究复合材料的成分、结构、加工与材料性能及材料应用之间的相互关系及其变化规律的一门科学。其中实验和实践教学是复合材料专业教学体系中的一个重要组成部分，对巩固学生所学的复合材料专业相关的基础理论知识，扩大学生的视野，培养学生在该方向的实验动手能力、实践意识和提高解决实际问题的能力具有不可替代的作用。另外，对于复合材料专业方向的本科生就业来说，实验和实践教学也是理论联系实际、运用知识解决实际问题、搭建学校与企业桥梁、提高动手能力和就业竞争力的一种手段。可是复合材料实验在教学过程中也存在着一些问题，例如实验内容缺乏系统性，验证性实验过多，学生在实验过程中主动性较差等问题。为了解决上述问题，使实验教学适应新时代应用型人才的培养，结合我校实际情况，我们本着提高学生实践能力的原则，以理论指导为基础，合理的选择实验内容，基础和综合实验相结合以保证实验知识的系统与全面，尽可能采用综合性或设计性实验。对学生的能力培养要贯穿于整个实验教学过程中，要让学生明确培养目标。要根据能力结构和层次，有计划地实施教学。

1.实验体系建立原则

复合材料专业实验教学必须为专业课程的学习提供方法理论和实践指导。为了使学生更好的理解复合材料专业课程的基本理论知识，真正掌握复合材料专业实验的基本原理、操作等，在实验教学的体系建设中应遵循以下原则[1-5]。

1.理论与实践相结合的原则。专业实验教学过程中要遵循实验教学和理论教学相结合，以理论指导实践，以实践验证理论。

2.实验体系完善、少而精的原则。实验内容要与复合材料专业基础课程相辅相成，实验知识覆盖面要宽，以保证实验知识的系统与完整。同时要精选实验教学内容，切实加强具有先进性、典型性和规律性的实验教学内容，提高质量。

3.提高学生综合能力为主的原则。实验课要有利于强化学生实验能力的培养，在基础实验的基础上，结合综合性或设计性实验。对学生的能力培养要贯穿于整个实验教学过程中，要让学生明确培养目标。要根据能力结构和层次，有计划地实施教学。

2.实验教学的内容和模式

2.1 完善实验教学内容

复合材料试验是要让学生掌握基本技能，培养独立思考、解决实际问题的能力，加深对复合材料试验技术基本原理和概念的认识与理解，培养理论和实际相结合的良好作风。目前复合材料实验多以高分子实验为主，具体有环氧树脂的环氧值测定、不饱和聚酯树脂酸值测定、树脂浇注体制作及其巴科尔硬度测试、丝束（复丝）表观强度和表观模量测定、糊成型工艺实验、复合材料模压工艺试验和复合材料层压工艺试验。涉及复合的实验只有手糊成型及模压和层压实验，因此我们设计出了适合我校复合材料专业的实验教学体系，增加玻璃纤维/环氧复合材料缠绕成型、玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料拉挤成型、玻璃纤维/不饱和聚酯树脂传递模塑成型工艺试验，该体系是以复合材料试验基础实验和复合材料试验技术综合设计实验相结合的实验教学体系。强化了对学生的复合材料专业技能基础训练和创造性思维能力的培养，能够引导学生自主学习，激发学生的学习兴趣。

2.2 完善实验教学方法

影响实验教学效果的重要因素是实验教学方法，为了充分调动学生的积极性、主观能动性，并给予学生充分的科研思考时间，本项目采用灵活多变的教学方法，在新的教学模式下，我们强调学生动手能力的培养，尽可能的让学生自己动手、动脑寻求解决问题的办法。改变过去原料、配方、工艺等等固定，只是验证课堂上老师讲解结果的实验模式，而是灵活配方和工艺。这样不同组别、不同学生做出的实验结果相差显著，给学生留下思考的空间。比如拉挤成型工艺实验，只提供原材料，全部由学生自己设计配方和工艺，老师只是总体指导、释义、解惑。配方设计不合理，鼓励学生找出原因，重新设计； 工艺不合理，帮助学生分析问题，重新实验，直至做出满意结果。这样学生实验成就感很强、积极性非常高，无形中也锻炼了动手、想象和创造力。

2.3增加综合性和研究性实验，提高学生科研能力[4-6]

近年来，我校完善基础实验的同时，增加了大量综合性、设计性实验内容，同时鼓励学生积极参与到教师的科研工作中，将科研工作的内容、研究方法和手段融入实验教学， 使实验教学真正成为培养学生创新能力和提高大学生创新意识的重要环节。

基础实验虽然能够使学生迅速理解教材讲授的基本内容，但这种实验教学只能是理论教学的辅助手段。其教学模式为“预习报告—课堂实验—提交实验报告—教师评阅”。这种模式下，学生虽然通过实验巩固了理论课程的基本知识，但是学生都是照单抓药、按照老师的安排进行机械性试验，导致学生实验往往流于形式，缺乏探索性和自主性，不利于引发学生的兴趣和思考，动脑少、不具备开发创新性。因此开设综合性、研究性实验，可以调动学生的学习积极性，让学生主动去想、去做。比如对于设计性、综合性实验，老师只给出实验目的、设计要求等。要求学生自己通过查阅文献资料选择原材料、设计实验路线、选择成型方法等，使学生真正成为实验的主角，提高学生独立设计、独立实验能力。给学生提供了极大的自由发挥的空间，培养了学生的创造性思维。

并且我校还实行了“导师制”，学生大二开始就进入研究实验室，配合老师做科研工作，这样就充分调动了学生的积极性，使学生掌握如何查阅文献、设计实验方案、展开实验、撰写科技论文等。使大学生成为真正的“科研主人”。很多同学发表了具有一定影响力的论文，获得了科技竞赛奖项。充分提高了学生实验设计、科研能力。为学生以后的工作奠定了坚实的基础。

3.充分利用课程实习，加强学生认知能力

生产实习在高等理工院校的整个教学环节中占有十分重要的地位。通过实习，要达到两个目的：一是巩固所学的理论知识， 并使理论紧密结合实践， 为专业课学习打下必要的基础；二是培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，使学生开阔视野、与社会接轨[7]。同时，课程实习是实验课的重要补充形式，对学生学习意义较大。复合材料课程实习安排在北京玻璃钢研究院，先请企业技术管理人员分别介绍各种成型工艺生产流程、相关技术要点及注意事项等，然后同学们去生产车间参观，向企业的现场管理，技术生产工作人员学习请教相关知识；最后有相关老师组织同学们分组讨论、发言，通过交流实习体会方式，加深和巩固实习内容。使学生开拓了视野，增强了专业意识，理解和巩固了专业知识。

4.结语

完善了复合材料专业实验教学体系，对教学内容和模式进行了改革和细化，在培养实践能力、应用能力和创新能力上取得了一定成效。但是实验教学的改革没有止境，它需要结合自身专业特点和本领域的科学发展不断的进行改进和完善，进而培养出符合复合材料领域需求的多层次、高素质、全面发展的科学研究或工程技术人才。

参考文献：

[1]刘少兵，付新建，周思凯，徐亚娟，程绍娟， 复合材料试验技术课程实验教学研究， 广州化工，2011， 39（17）：1310-131。

[2]王文一，张兴祥，赵义平， 复合材料与工程专业实验教学改革探讨，教育教学论坛，2013，9：57-59。

[3]程绍娟，王永刚. 应用化学专业物理化学实验教学的改革与研究，[J]. 广西轻工业， 2010（ 10） ： 170 - 171。

[4]黄云，丁海涛，深化实验教学改革培养科技创新人才，青年与社会，2012，61.（2）：78。

[5]曲娟娟，金羽，程茁，戴航宇，浅谈微生物实验教学改革，科技信息，226。