1.1 纤维增强复合材料的概念
纤维增强复合材料（fiber reinforced composite，FRC），很多时候简称为复合材料（composite或 composite material）。这样的简称在本专业领域内一般不会产生歧义，比如提起复合材料，很多人首先想到的是玻璃钢，也就是玻璃纤维增强的聚酯复合材料。但对入门者或非专业人员，说起复合材料往往有点似是而非的感觉。因为从广义角度讲，任何由两种或两种以上不同物理或化学性质的材料结合在一起，并且其中至少两种材料之间保持了明显的界面，从而得到的不同于其组分材料物化性质的材料，都可以称为复合材料。根据这样的定义，食盐水、ABS树脂或聚乙烯-聚丙烯熔融后的共同挤出物固然不属于复合材料，它们的准确叫法分别是溶液、共聚物和共混物；而木屑胶合板和水泥砂浆混凝土则可以称为复合材料，不过按前面的定义，将加了轻质碳酸钙的乳胶漆（其成分通常有高分子聚合物粒子、颜料粒子等）称为复合材料似乎也无不妥，尽管实际上没有人这么叫。
因此，从狭义的角度讲，复合材料是一类结构材料（structural material）。在上述定义下，其中至少一种组分材料是增强体（reinforcement），一种是基体（matrix）。这样的材料实际上就是经过增强的复合材料（reinforced composite）。按照这种新定义，即便上述的乳胶漆是一种多相复合体系，但显然不是一种增强复合材料。同样，由于在木屑胶合板中，作为基体相的聚合物的强度通常比木屑的强度还大，因此很难将它们也称为增强复合材料。同理，水泥砂浆虽然是一种复合材料，但加入钢筋提高其抗拉伸性能后，所得的钢筋混凝土无疑就是增强复合材料。因此，增强复合材料的定义强调了复合材料作为结构材料的功能，明确了增强体和被增强体的关系，同时凸显了强度（strength）和刚度（stiffness），尤其是抗拉强度（tensile strength）的主导作用，当然也就比广义的复合材料定义清晰得多。
进一步来说，纤维增强复合材料是指那些以纤维为增强体的复合材料。纤维是物质的一种形态，通常指细长的物质，也就是长径比远大于1的东西。如果一种物质可以制成纤维，那么它的纤维抗拉强度比同等重量的自身材料的非纤维物体的强度大得多，而且纤维越细，这种差别越大，有些物质甚至可以差上百倍。这是因为对同一种材料来说，抗拉强度主要决定于被拉伸体内部和表面的缺陷，通常是这些缺陷导致材料在达到其理论强度值前被破坏。如果受力材料是一体（bulk）的，这些源于缺陷的破坏会立即横向扩展，造成剪切效应，加速材料的断裂；如果制成纤维，当某根纤维断裂时，其所受应力立即被转移到其他纤维上，不会在同一位置出现大规模横向扩展，从而表现出更高的强度。另一方面，相同重量的纤维与其本体相比，所含的内部缺陷更少，进一步提高了它们的抗拉强度。需要说明的是，与一体材料相比，纤维的压缩强度则低得多，而且纤维越细，其压缩强度越小，这是因为越细的物体在受到压缩载荷时，更容易弯折屈服。因此，基体的重要功能之一就是固定和保持纤维的形状，提高其弯折屈服，以得到一定的压缩强度。
如果是长纤维或连续纤维，则其长径比很大或趋于无穷大，反之称为短纤维。最极端的短纤维是纤维粉，其长径比可以小于1。从抗拉强度的角度看，复合材料中的长纤维能更好地传递应力，而连续纤维能最大限度地传递应力，因此增强的效果最佳；短纤维增强幅度有限，但能对体系进行一些特殊的加工（如注塑成型），所以使用也很广泛；纤维粉则多作为填料使用，即使对体系有些增强效果，通常也不称其为纤维增强复合材料。如此一来，就不难理解为什么纤维增强复合材料，尤其是长纤维增强的复合材料能够脱颖而出，成为复合材料家族中的佼佼者。而纤维增强复合材料的定义也由此做出。
因此，在本章以下的讨论中，除非特殊注明，“复合材料”的含义等同于“纤维增强复合材料”。
作为复合材料另一半的基体材料的性能也至关重要，是复合材料某些关键性能的决定因素。增强体主导了复合材料的拉伸及弯曲强度和模量，而基体决定了复合材料的使用温度、环境耐候性和耐溶剂性。那些由增强体和基体共同作用而决定的性能，如压缩及抗剪强度和模量、损伤容限、耐湿热性等，多半也是由基体主导的。这就不难理解为什么在20世纪中期后，随着高分子材料科学的发展，复合材料领域才得以起飞并出现日新月异的面貌。有必要指出的是，有的学者认为，复合材料，特别是树脂基纤维增强复合材料，正是由于基体树脂在应力传递、使纤维保持形状及防止纤维摩擦断裂中的重要作用，与其说是纤维增强了基体，不如说是基体保持了纤维的强度[1]。这种说法有合理的地方，一般来讲与常规的理解也是一致的，因为毕竟没有人认为应该将纤维增强复合材料（fiber reinforced composite material）称为纤维增强基体材料（fiber reinforced matrix material），但是下面将要介绍的一些同样广泛使用的名称，如纤维增强塑料（fiber reinforced plastics，FRP），的确表示或强调了是纤维增强了基体/塑料，对此读者可以根据自己的理解和喜好选择使用。
究其来源和成分，纤维可以是有机物，如木纤维或碳纤维；也可以是无机物，如玻璃纤维或氧化铝纤维；还可以是金属的，如钢丝。而基体也有有机物如木质素或合成高分子树脂，无机物如陶瓷或水泥，金属如铝和钛。这些增强体和基体可以相互组合构成相应的纤维增强复合材料，如碳纤维增强环氧树脂、石英纤维增强陶瓷、硼纤维增强铝合金、钢筋混凝土等。为了更准确地定义和描述这些纤维增强复合材料体系，在许多专业文献中，对它们的范围做了更细致的界定，详述如下：
1.1.1 按照基体材料划分
按照基体材料划分，纤维增强复合材料有纤维增强聚合物基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料、纤维增强金属基复合材料。这是最广泛使用的一种分类。
纤维增强聚合物基复合材料（fiber reinforced polymermatrix composite），有的直接称为纤维增强塑料（FRP）、聚合物基或树脂基复合材料（polymer matrix composite，PMC，或resin matrix composite，RMC），它们都是以合成高分子为基体相，也就是连续相或被增强相，以无机或有机纤维为增强相的复合材料。它们是品种最多、使用最广、产量最大的一类。根据这些高分子材料的反应性又可以细分为热固性树脂基（thermoset composite）和热塑性树脂基（thermoplastic composite）两种。典型的热固性基体材料有饱和聚酯、不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、酰亚胺、氰酸酯、聚苯并嗪等；典型的热塑性基体材料有聚氯乙烯、尼龙、ABS树脂、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺等。
纤维增强陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）：是以无机陶瓷材料为基体相，有机或无机纤维为增强相的复合材料。这类材料通过纤维改善了陶瓷材料的脆性，提高了其损伤容限，通常以其高温下的优异力学性能著称，主要用在喷气发动机的“热区”或者导弹部件，用以取代所谓的超级金属合金，碳/碳复合材料也属于这类材料。典型的基体相有碳、碳化硅、氧化铝、氧化硅铝等。典型的增强相是陶瓷纤维，包括碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等。需要说明的是CMC也可以包括其他方式增强的陶瓷材料，如碳化硅粒子增强的氧化铝，但是根据前面的定义分析，在此仅讨论纤维增强的复合材料。
纤维增强金属基复合材料（metal matrix composite，MMC）：指以金属为基体，以纤维为增强体的复合材料。这类材料的复合目的主要是改善金属的疲劳性能，增加金属的刚性。最主要的金属基体是铝合金和钛合金，典型的增强体是碳化硅纤维、氧化铝纤维和硼纤维。
1.1.2 按照纤维划分
按照纤维划分，纤维增强复合材料可划分为碳纤维增强复合材料、玻纤增强复合材料等。
碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced composite，CFRC），或碳纤维增强塑料（carbon fiber reinforced plastics，CFRP）：指所有使用碳纤维为增强体的复合材料，通常所用的基体材料为高分子合成树脂。
玻纤增强复合材料（glass fiber reinforced composite，GFRC），或玻纤增强塑料（glass fiber reinforced plastics，GRP）：指所有使用玻璃纤维为增强体的复合材料，通常所用的基体为高分子合成树脂。
以其他纤维命名，如芳纶增强、玄武岩纤维增强复合材料等，也有见于文献和行业交流。这种情况通常会同时注明基体，如称为芳纶增强酚基树脂、石英纤维增强氰酸酯等，因此比较直观，在此不再赘述。
1.1.3 按照使用领域划分
按照使用领域来划分，纤维增强复合材料可划分为航天材料、工业复合材料、海洋复合材料等。航天复合材料（aerospace composite）：主要指那些用于航空和航天的复合材料，也包括部分用于军事工业的复合材料。
工业复合材料（industrial composite）：主要指那些非航空航天用途的FRC，如交通、能源、海洋、医疗器械等用途的复合材料。部分用于军事工业的复合材料也包括在这类材料里。
海洋复合材料（marine composite）：主要指海洋船用的复合材料。部分用于军舰的复合材料也被称为海洋复合材料。
1.1.4 按照使用层级或历史划分
按照使用层级或历史划分，纤维增强复合材料可划分为常规传统复合材料、先进或尖端复合材料。
常规或传统复合材料（conventional composite）：通常指复合材料发展初期或普通用途的复合材料，如中低档玻璃钢、中低温使用的模塑复合材料等。
先进或尖端复合材料（advanced composite Materials，ACM）：这是一个使用频率很高的名词。通常指20世纪70年代以后发展起来的，以使用高强或高性能纤维和高功能基体材料为特征的复合材料。尽管大多数场合先进复合材料的基体是特指高效或特殊功能的聚合物，那些符合该定义的陶瓷基和金属基也是该类材料中不可缺少的一员。从用途来看，先进复合材料涵盖了一切用于航空航天和高端工业用途的复合材料，因此是一个相对广泛的定义。
本书的主题——高性能纤维（增强）复合材料，与上述先进复合材料有相同的内涵和意义。
1.1.5 按照复合材料使用形态划分
按照复合材料使用形态划分，纤维增强复合材料可分为层状复合材料或导板、夹心或三明治复合材料、三维复合材料等。
层状复合材料或层板（composite laminate）：通常指通过二维材料的重叠来达到一定厚度的实心复合材料，包括通过树脂转移成型得到的二维实心复合材料，由于复合材料的各向异性，这种结构通常在厚度方向或Z方向的强度远低于平面方向或XY方向，本章下节和后续章节有更详细讨论，这种Z方向的强度缺陷可以通过三维结构或Z向短纤维加以补偿。
夹心或三明治结构复合材料（sandwich structure composite）：在复合材料成型体中包含有不同结构或形态的复合材料，一般指两侧为相同或不同的层状复合材料，中间为轻质较厚的夹心材料形成的一种复合结构的复合材料。典型的层状复合材料为树脂基复合材料，典型的夹心材料有蜂窝板（铝、芳纶纸等）、纤维板、泡沫板、甚至是巴萨木板等。
三维复合材料（three-dimensional composite或3D composite）：这种结构通常使用三维编织的纤维预制件，然后通过树脂基体液体灌注成型来实现。为了方便起见，二点五维编织的纤维预成型复合材料也可以归于这类。
除此之外，根据不同的人群、领域、国家，也有不少特定或俗成的名称定义，在此就不再一一讨论。
可以看出，复合材料领域的定义和名词很多，有的还有交叉的内涵，缩写、代号等也特别多，常常让非专业人士有不胜困惑之感。可以肯定的是，随着复合材料领域的扩展，还会有新的名词出现，旧的称谓也可能被赋予新的含义，这归根到底是可喜的，因为只有一个发展进步的朝阳领域，才会有如此蓬勃的生机。