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1、复复合合材材料料的的制制备备第1页，共121页，编辑于2022年，星期六2第2页，共121页，编辑于2022年，星期六一、复合材料的提出u三大材料：-金属材料 -无机非金属材料 -有机高分子材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料u复合材料：-取长补短 -协同优化 -产生原来单一材料所没有的新性能3第3页，共121页，编辑于2022年，星期六二、复合材料的定义国际标准化组织：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。材料大词典：复合材料是根据应用进行设计，把两种或两种以上的有机聚合物材料或无机非金属材料或金属材料组合在一起，使其性能互补，从而制成一类新型材料。
2、4第4页，共121页，编辑于2022年，星期六材料科学技术百科全书：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。5第5页，共121页，编辑于2022年，星期六三、复合材料的特点（1）复材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在明显的界面；（2）复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元
3、所不具备的优良特殊性能；（3）复合材料具有可设计性，可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。6第6页，共121页，编辑于2022年，星期六四、基体和增强材料（Matrix and reinforcement）基体连续相增强材料分散相 也称为增强体、增强剂和增强相；显著增强材料的性能 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料在基体和增强体之间存在在界面。7第7页，共121页，编辑于2022年，星期六Schematic illustration of composite constituent8第
4、8页，共121页，编辑于2022年，星期六五、复合材料的历史古代近代先进复合材料天然复合材料 竹子、贝壳，树木和竹子：纤维素和木质素的复合体 动物骨骼：无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成古代，使用和效仿 半坡人，草埂合泥筑墙，沿用至今 漆器，麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 敦煌壁画，泥胎，宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆9第9页，共121页，编辑于2022年，星期六近现代第一代：19401960年，玻璃纤维增强塑料第二代：19601980年，先进复合材料 1965年，英国科学家研制出碳纤维 1971年，美国杜邦公司开发出开芙拉-49 1975年，先进复合材料“碳纤维增强，及开芙拉纤维增强环氧树脂
5、复合材料”，用于飞机、火箭的主承离件上。第三代：19801990年，碳纤维增强金属基复合材料以及铝基复合材料的应用最广泛。第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料，如智能复合材料和梯度功能材料等。10第10页，共121页，编辑于2022年，星期六六、复合材料的分类按增强材料形态分类1、纤维增强复合材料 （a）连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；（b）非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中。2、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中。3、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。其他增强体：层叠、
6、骨架、涂层、片状、天然增强体。11第11页，共121页，编辑于2022年，星期六Classes of composites12第12页，共121页，编辑于2022年，星期六纤维增强复合材料的种类：玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。混杂复合材料：l 由两种或两种以上增强体与同一基体制成的复合材料。l 可以看成是两种或多种单一纤维或颗粒复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。13第13页，共121页，编辑于2022年，星期六按基体材料分类
7、1、金属基复合材料：以金属（铝、镁、钛等）为基体。2、无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（包括玻璃和水泥）为基体。3、聚合物复合材料：以有机聚合物（热固性树脂、热塑性树脂及橡胶等）为基体。14第14页，共121页，编辑于2022年，星期六按材料作用分类1、结构复合材料：用于制造受力构件。2、功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、摩擦和屏蔽等）。15第15页，共121页，编辑于2022年，星期六各种材料的发展状况玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟 广泛应用金属基复合材料 开发阶段，应用于某些结构件的关键部位陶瓷基复合材料及功能复合材料等 尚处于研究阶段，有不少科学技术问题有待解决16第
8、16页，共121页，编辑于2022年，星期六1.共同特点：（1）可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能；（2）可按照对材料性能的需要进行材料的设计和制造；（3）可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。七、复合材料的性能17第17页，共121页，编辑于2022年，星期六2.影响复合材料性能的因素主要取决于增强材料的性能、含量及分布状况，基体材料的性能、含量，以及它们之间的界面结合情况。作为产品还与成型工艺和结构设计有关。因此，不论对于哪一类复合材料就是同一类复合材料的性能也不是个定值，而只能给出其主要性能。18第18页，共121页，编辑于2022年
9、，星期六仿照竹子从表皮到内层纤维有密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显组织梯度和性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合材料。仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、铝和硼混合合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的层状复合材料比其原材料坚固40%。仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料，中层是玻璃纤维增强复合材料，内层是硬泡沫塑料。八、复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展19第19页，共121页，编辑于2022年，星期六20第20页，共121页，编辑于2022年，星期六金属无机非金属有机聚合物用于450 C以下金属
10、基体用于450 700C的金属基体：用于1000 C高温的金属基体钛及其合金环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等氧化物陶瓷非氧化物陶瓷玻璃陶瓷碳（石墨）基体材料热固性聚合物：热塑性聚合物：通用塑料：聚丙烯、聚氯乙烯等工程塑料：尼龙、聚碳酸酯等特种耐高温聚合物：聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等铝及其合金镁及其合金高温合金金属间化合物21第21页，共121页，编辑于2022年，星期六1、用于450 C以下的轻金属基体（铝、镁及其合金）（1）铝及其合金:面心立方结构，无同素异构转变。熔点为660C，密度2.7g/cm3。塑性优异，导热、导电性能好；化学活性高，强度不高。铝合金中常用的合金元素有铜、镁、锌、锰和
11、硅等。可分变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金可分为:防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝。一、金属22第22页，共121页，编辑于2022年，星期六（2）镁及其合金:镁具有密排六方结构，密度为1.74g/cm3。镁的强度和模量都很低，但比强度、比模量较高。其室温和低温塑性较低，但高温塑性好，可进行各种形式的热变形加工。镁的合金化也是利用固溶强化和时效强化来提高合金的常温和高温性能。其合金化元素有铝、锌、锆、锰和稀土等。镁合金主要有Mg-AL-Zn系和Mg-Zn-Zr系，分变形镁合金和铸造镁合金。23第23页，共121页，编辑于2022年，星期六2、用于450700C复合材料的金属基体（钛及其合金）钛的密
12、度为4.51g/cm3，熔点1678C，热膨胀系数7.3510-6/K，导电和导热性差，耐腐蚀性良好。钛有两种同素异构结构。882.5C 以下为密排六方结构（-Ti）；882.5 C 以上至熔点为体心立方结构（-Ti）。24第24页，共121页，编辑于2022年，星期六 3、用于1000 C高温复合材料的金属基体（1）高温合金高温合金是铁基、镍基和钴基高温合金的总称，在高温下具有很的持久、蠕变和疲劳强度。为了获得高强度与高蠕变抗力，合金元素必 须保证产生在高温下强而稳定的显微组织。强化方式：固溶强化、弥散强化和析出硬化。25第25页，共121页，编辑于2022年，星期六（2 2）金属间化合物）
13、金属间化合物 概念：金属与金属或金属与类金属之间形成的中间相化合物。根据组成元素，可分为铝化物、硅化物和铍化物。金属间化合物晶体结构虽然复杂，但从原子结合上仍具有金属特性。然而其电子云分布并非完全均匀，存在一定方向性，具有某种程度的共价键特征，导致熔点升高及原子间键出现方向性。金属间化合物往往具有一定的固溶度，偏离当量成分，有序度降低，缺陷增加。26第26页，共121页，编辑于2022年，星期六二、聚合物1 1、聚合物及其分类、聚合物及其分类 聚合物包括：热固性聚合物和热塑性聚合物。（1）热固性聚合物:通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂
14、发生交联化学反应并经过凝胶化热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固化阶段后，形成不溶、不熔的三维网状高分子。27第27页，共121页，编辑于2022年，星期六主要包括：环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等。各种热固性树脂的固化反应机理不同，根据使 用要求的差异，采用的固化条件也有很大的差异。一般的固化条件有室温固化、中温固化（120C左右）和高温固化（170C以上）。这类高分子通常为无定 型结构。具有耐热性好、刚度大、电性能、加工性能和尺寸稳定性好等优点。28第28页，共121页，编辑于2022年，星期六（2）热塑性聚合物:它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，它们是一类线形或有支链
15、的固态高分子，可溶可熔，可反可反复加工而无化学变化。复加工而无化学变化。包括各种通用塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、工程塑料（尼龙、聚碳酸酯等）和特种耐高温聚合物（聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等）。29第29页，共121页，编辑于2022年，星期六 这类高分子分非晶（或无定形）和结晶两类。通常结晶度在20-85%之间。具有质轻、比强度高、电绝缘、化学稳定性、耐磨润滑性好，生产效率高 等优点。与热固性聚合物相比，具有明显的力学松 弛现象；在外力作用下形变大；具有相当大的断裂 延伸率；抗冲击性能较好。30第30页，共121页，编辑于2022年，星期六三、陶瓷 陶瓷是金属与与非金属的固体化合物，以离子键（如
16、MgO、Al2O3）、共价键（金刚 石、Si3N4、BN）以及离子键和共价键的混合 键结合在一起。陶瓷材料的显微结构通常由晶相、玻璃 相和气相（孔）等不同的相组成。31第31页，共121页，编辑于2022年，星期六 优点：陶瓷材料具有熔点高、硬度大、化学稳定 性好、耐高温、耐磨损、耐氧化和腐蚀、比重小 强度和模量高等优点，可在各种苛刻的环境下工 作；另一方面，陶瓷材料在磁、电、光、热等方 面的性能和用途具有多样性和可变性，是非常重 要的功能材料。陶瓷材料的致命弱点：是脆性大、韧性差，常因 存在裂纹、空隙、杂质等缺陷而引起不可预测的 灾难性后果。32第32页，共121页，编辑于2022年，星期六
17、 陶瓷基复合材料是改变其脆性、提高韧性的有效途径。用于复合材料陶瓷基体主要有氧化物（Al2O3等）、氮化物（Si3N4等）和碳化物（SiC等）。33第33页，共121页，编辑于2022年，星期六34第34页，共121页，编辑于2022年，星期六纤维及其织物、晶须、颗粒 一、复合材料增强剂的特点 1、具有很低的比重；2、组成这些化合物的元素都处在元素周期表中的第二、第三周期；3、它们大多数都是以结合力很强的共价键结合；4、具有很高的比强度、比刚度和高温稳定性。35第35页，共121页，编辑于2022年，星期六纤维无机纤维玻璃纤维碳纤维陶瓷纤维硼纤维氧化铝纤维碳化硅纤维二、纤维36第36页，共12
18、1页，编辑于2022年，星期六三、晶须 晶须是指具有一定长径比和截面积小于 5210-5cm2的单晶纤维材料。其直径为0.1到几个微米,长度为数十到数千微米。但具有实用价值的晶须的直径约为1-10微米,长径比在5100之间。晶须是含缺陷很少的单晶纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。37第37页，共121页，编辑于2022年，星期六ZnOZnO晶须微观形貌晶须微观形貌 38第38页，共121页，编辑于2022年，星期六SiCSiC晶须微观形貌晶须微观形貌 39第39页，共121页，编辑于2022年，星期六具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，加入到基体材料中起提高耐
19、磨、耐热、强度、模量和韧性的作用。其成本低，易于批量生产。四、颗粒另外，还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体（Ductile Particle Reinforcement），主要为金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中起到增韧作用。如Al2O3中加入Al、Ni，WC中加入Co等。金属颗粒的加入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能有所下降。40第40页，共121页，编辑于2022年，星期六复合材料系统组合41第41页，共121页，编辑于2022年，星期六42第42页，共121页，编辑于2022年，星期六一、聚合物基复合材料概述1.1.发展历史发展历史18681868年，年，“赛璐珞赛璐珞
20、”最初的塑料最初的塑料20世纪初期，最初的低分子合成塑料世纪初期，最初的低分子合成塑料苯酚塑料苯酚塑料诞生了。诞生了。自此以后，自此以后，尿素树脂、丙烯酸树脂尿素树脂、丙烯酸树脂等相继研制成功。等相继研制成功。1930年，聚合物学的完成更推进了聚合物塑料研究的发展，年，聚合物学的完成更推进了聚合物塑料研究的发展，聚乙聚乙烯树脂、尼龙纤维、环氧树脂烯树脂、尼龙纤维、环氧树脂等相继问世。等相继问世。1942年，年，玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料问世。问世。此后，随着现代工业的发展，高比刚度、高比强度的此后，随着现代工业的发展，高比刚度、高比强度的纤纤维增强聚合物基复合材料维增强聚合物基复合材料更
21、加引起注目。更加引起注目。43第43页，共121页，编辑于2022年，星期六2.2.定义定义聚合物基复合材料聚合物基复合材料(PMCs:Polymer matrix composites)是是由一种或多种由一种或多种细小形状细小形状(直径为直径为微米级微米级)的材料的材料(分散相或称增强体分散相或称增强体)分散于聚合分散于聚合物塑料物塑料(基本相基本相)中组成的。中组成的。3.3.分类分类按分散相分类：纤维、颗粒、晶须按分散相分类：纤维、颗粒、晶须按基体分类：热固性和热塑性按基体分类：热固性和热塑性44第44页，共121页，编辑于2022年，星期六二、聚合物基复合材料的制造工艺和方法0.0.概
22、述概述聚合物基复合材料的原材料聚合物基复合材料的原材料主要涉及问题主要涉及问题：（1 1）怎样将增强体均匀地分散在基体的树脂中；）怎样将增强体均匀地分散在基体的树脂中；（2 2）怎样按产品的设计要求实现成型、固化等。）怎样按产品的设计要求实现成型、固化等。纤维等增强体聚合物基体材料45第45页，共121页，编辑于2022年，星期六聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能在在纤维纤维纤维纤维与与树脂树脂树脂树脂体系确定后体系确定后，主，主要决定于要决定于成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺。成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺主要包括以下两个方面：主要包括以下两个方面：一是一是成型成型成型成型，即将
23、，即将预浸料预浸料预浸料预浸料按产品的要求，按产品的要求，铺置成一定的形状铺置成一定的形状，一般就是产品的形状一般就是产品的形状;二是二是固化固化固化固化，即把已，即把已铺置成一定形状的铺置成一定形状的叠层预浸料叠层预浸料叠层预浸料叠层预浸料，在，在温温度、时间和压力等因素影响下度、时间和压力等因素影响下使使形状固定形状固定形状固定形状固定下来，并能达到预期的下来，并能达到预期的性能要求。性能要求。46第46页，共121页，编辑于2022年，星期六手糊成型工艺是复合材料手糊成型工艺是复合材料最早的最早的一种一种成型方法，也是一种成型方法，也是一种最简单最简单的方法，其具的方法，其具体工艺过程如
24、下：体工艺过程如下：1.1.手糊成型工艺手糊成型工艺47第47页，共121页，编辑于2022年，星期六首先，在模具上涂刷首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物含有固化剂的树脂混合物含有固化剂的树脂混合物含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层再在其上铺贴一层按要求剪裁好的按要求剪裁好的纤维织物纤维织物纤维织物纤维织物，用刷用刷子、压辊或刮刀压挤织物子、压辊或刮刀压挤织物，使其，使其均匀浸胶均匀浸胶均匀浸胶均匀浸胶并排除气并排除气泡后，再泡后，再涂刷树脂混合物涂刷树脂混合物和和铺贴第二层纤维织物铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。反复上述过程直至达到所需厚度为止。48第48页
25、，共121页，编辑于2022年，星期六然后，然后，在一定压力作用下在一定压力作用下加热固化成型加热固化成型（热压成型热压成型）或者利用）或者利用树脂体系固化时放出的树脂体系固化时放出的热量热量固化成型（固化成型（冷压成型冷压成型），最后），最后脱模脱模得到复得到复合材料制品。其工艺流程如下图所示：合材料制品。其工艺流程如下图所示：49第49页，共121页，编辑于2022年，星期六模具模具模具模具准备准备准备准备涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂手糊成型手糊成型手糊成型手糊成型树脂胶树脂胶树脂胶树脂胶液配制液配制液配制液配制增强材增强材增强材增强材料准备料准备料准备料准备固化固化固化固化脱模脱模脱
26、模脱模后处理后处理后处理后处理检验检验检验检验制品制品制品制品手糊成型工艺流程图手糊成型工艺流程图50第50页，共121页，编辑于2022年，星期六为了得到为了得到良好的脱模效果良好的脱模效果和和理想的制理想的制品品，同时使用几种脱模剂，可以发挥，同时使用几种脱模剂，可以发挥多种多种脱模剂的综合性能脱模剂的综合性能。51第51页，共121页，编辑于2022年，星期六手糊成型工艺优点手糊成型工艺优点不受产品尺寸和形状限制，适宜不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大尺寸大尺寸大尺寸大、批量小批量小批量小批量小、形状复杂形状复杂形状复杂形状复杂产产品的生产；品的生产；设备简单设备简单设备简单设备简单、投
27、资少投资少投资少投资少、设备、设备折旧费低折旧费低折旧费低折旧费低;工艺简单工艺简单；易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强任意增补增强材料材料;制品树脂含量较高，制品树脂含量较高，耐腐蚀性好耐腐蚀性好。52第52页，共121页，编辑于2022年，星期六手糊成型工艺缺点手糊成型工艺缺点 生产效率生产效率生产效率生产效率低，低，劳动强度劳动强度劳动强度劳动强度大，大，劳动卫生条件劳动卫生条件劳动卫生条件劳动卫生条件差。差。产品质量产品质量产品质量产品质量不易控制，不易控制，性能稳定性性能稳定性性能稳定性性能稳定性不高。不高。产品产品力学性能力
28、学性能力学性能力学性能较低。较低。53第53页，共121页，编辑于2022年，星期六模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺是一种古老的技术，早在是一种古老的技术，早在20世纪初世纪初就出现了就出现了酚醛塑料酚醛塑料模压成型。模压成型。模压成型是一种对模压成型是一种对热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂和和热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂都适用都适用的的纤维复合材料纤维复合材料成型方法。成型方法。2.2.模压成型工艺模压成型工艺54第54页，共121页，编辑于2022年，星期六模压成型工艺过程模压成型工艺过程将定量的将定量的模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状
29、树脂模塑料或颗粒状树脂与与短纤维的混合物短纤维的混合物短纤维的混合物短纤维的混合物放入放入敞开的敞开的金属对模金属对模中，闭模后中，闭模后加热加热加热加热使其使其熔化熔化熔化熔化，并，并在压力作用在压力作用下下充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品；充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品；再经加再经加再经加再经加热热热热使树脂使树脂进一步发生进一步发生交联反应交联反应交联反应交联反应而固化而固化，或者，或者冷却使冷却使热塑热塑热塑热塑性树脂硬化性树脂硬化性树脂硬化性树脂硬化，脱模后得到，脱模后得到复合材料制品复合材料制品复合材料制品复合材料制品。55第55页，共121页，编辑于2022年，星期六金
30、属对金属对金属对金属对模准备模准备模准备模准备涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂膜压成型膜压成型膜压成型膜压成型模塑料、模塑料、模塑料、模塑料、颗粒树脂颗粒树脂颗粒树脂颗粒树脂短纤维短纤维短纤维短纤维固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模后处理后处理后处理后处理检验检验检验检验制品制品制品制品加热、加压加热、加压加热、加压加热、加压加热加热加热加热冷却冷却冷却冷却膜压成型工艺流程图膜压成型工艺流程图56第56页，共121页，编辑于2022年，星期六模压成型工艺优点模压成型工艺优点模压成型工艺有模压成型工艺有较高的生产效率较高的生产效率较高的生产效率较高的生产效率，制品尺寸准确制品尺寸准确制品尺寸准确制
31、品尺寸准确，表面光洁表面光洁表面光洁表面光洁，多数结构复杂的制品可，多数结构复杂的制品可一次成型一次成型一次成型一次成型，无需二，无需二次加工，次加工，制品外观及尺寸的制品外观及尺寸的重复性好重复性好重复性好重复性好，容易实现，容易实现机械机械机械机械化和自动化化和自动化化和自动化化和自动化等。等。57第57页，共121页，编辑于2022年，星期六模压成型工艺缺点模压成型工艺缺点模具设计制造复杂模具设计制造复杂模具设计制造复杂模具设计制造复杂，压机及模具，压机及模具投资投资投资投资高高高高，制品，制品尺寸受设备限制，一般只尺寸受设备限制，一般只适合制造批量大适合制造批量大适合制造批量大适合制造
32、批量大的中、小的中、小型制品。型制品。58第58页，共121页，编辑于2022年，星期六模压成型工艺模压成型工艺已成为已成为复合材料的重要成型复合材料的重要成型方法方法，在，在各种成型工艺中各种成型工艺中所占比例仅次于所占比例仅次于手糊手糊/喷射喷射和和连续成型连续成型，居第三位。，居第三位。近年来随着近年来随着专业化专业化、自动化自动化和和生产效率的生产效率的提高提高，制品成本制品成本不断降低，使用范围越来越广不断降低，使用范围越来越广泛。泛。59第59页，共121页，编辑于2022年，星期六模压制品模压制品模压制品模压制品主要用作主要用作结构件结构件、连接件连接件、防护件防护件和和电电气绝
33、缘气绝缘等，广泛应用于等，广泛应用于工业工业、农业农业、交通运输交通运输、电气电气、化工化工、建筑建筑、机械机械等领域。等领域。由于模压制品由于模压制品质量可靠质量可靠质量可靠质量可靠，在，在兵器兵器、飞机飞机、导弹导弹、卫星卫星上也都得到应用。上也都得到应用。60第60页，共121页，编辑于2022年，星期六层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺，是把一定层数的，是把一定层数的浸胶布浸胶布浸胶布浸胶布(纸纸)叠叠在一起，送入在一起，送入多层液压机多层液压机多层液压机多层液压机，在一定的温度和压力下在一定的温度和压力下压制成板材压制成板材压制成板材压制成板材的工艺。的工艺。层压成型工
34、艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺属于属于干法压力成型范畴干法压力成型范畴，是复合材，是复合材料的一种主要成型工艺。料的一种主要成型工艺。3.3.层压成型工艺层压成型工艺61第61页，共121页，编辑于2022年，星期六层压成型工艺层压成型工艺生产的制品生产的制品包括各种包括各种绝缘绝缘材料板材料板、人造木板人造木板、塑料贴面板塑料贴面板、覆铜箔层覆铜箔层压板压板等。等。复合材料复合材料层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程如下如下62第62页，共121页，编辑于2022年，星期六层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程增强材料增强材料增强材料增强材料热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性
35、树脂浸胶浸胶浸胶浸胶胶布胶布胶布胶布裁裁裁裁剪剪剪剪叠叠叠叠合合合合热热热热压压压压脱脱脱脱模模模模切切切切边边边边产产产产品品品品63第63页，共121页，编辑于2022年，星期六层压成型工艺的优点层压成型工艺的优点是制品是制品表面光洁表面光洁、质量较好质量较好且且稳定稳定以及以及生产效率较高生产效率较高。层压成型工艺的缺点层压成型工艺的缺点是只能生产是只能生产板材板材，且且产品的尺寸大小受设备的限制产品的尺寸大小受设备的限制。64第64页，共121页，编辑于2022年，星期六将分别将分别混有促进剂和引发剂的混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯不饱和聚酯树脂树脂从喷枪两侧（或从喷枪两侧（或在喷枪内
36、混合在喷枪内混合）喷出，同）喷出，同时将时将玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断用切割机切断并并由喷枪由喷枪中心中心喷出，与树脂一起喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上均匀沉积到模具上。4.4.喷射成型工艺喷射成型工艺65第65页，共121页，编辑于2022年，星期六当当不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂与与玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱混合沉混合沉积到一定厚度时，积到一定厚度时，用手辊滚压用手辊滚压，使纤维浸透树脂使纤维浸透树脂、压实并除去气泡压实并除去气泡，最后，最后固化成制品固化成制品。其具体工艺流程图如下：其具体工艺流程图如下：66第66页，共121页，编辑于2022年，星期六玻璃纤维
37、无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂加热加热加热加热引发剂引发剂引发剂引发剂促进剂促进剂促进剂促进剂静态混合静态混合静态混合静态混合切切切切割割割割喷喷喷喷枪枪枪枪模模模模具具具具喷喷喷喷射射射射成成成成型型型型辊压辊压辊压辊压固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模喷射成型工艺流程图喷射成型工艺流程图67第67页，共121页，编辑于2022年，星期六喷射成型喷射成型喷射成型喷射成型对所用原材料对所用原材料有一定要求有一定要求，例如树，例如树脂体系的脂体系的粘度应适中粘度应适中粘度应适中粘度应适中，容易喷射雾化容易喷射雾化容易喷射雾化容易喷射雾化、脱
38、除气泡脱除气泡脱除气泡脱除气泡和和浸润纤维浸润纤维浸润纤维浸润纤维以及以及不带静电不带静电不带静电不带静电等。等。最常用的树脂最常用的树脂是是在室温或稍高温度下在室温或稍高温度下即可固化即可固化的的不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯等。等。68第68页，共121页，编辑于2022年，星期六喷射法使用的模具与手糊法类似，而喷射法使用的模具与手糊法类似，而生生产效率产效率可提高数倍，可提高数倍，劳动强度劳动强度降低，能够降低，能够制制作大尺寸制品作大尺寸制品。69第69页，共121页，编辑于2022年，星期六用用喷射成型喷射成型方法虽然可以制成方法虽然可以制成复杂形状复杂形状的制品的制品，但
39、其，但其厚度和纤维含量厚度和纤维含量都较难精确控都较难精确控制，树脂含量一般在制，树脂含量一般在60%以上，以上，孔隙率孔隙率较高，较高，制品强度较低制品强度较低，施工现场污染施工现场污染和和浪费较大浪费较大。70第70页，共121页，编辑于2022年，星期六将将浸过树脂胶液浸过树脂胶液浸过树脂胶液浸过树脂胶液的的连续纤维或布带连续纤维或布带，按照一定规，按照一定规律律缠绕到芯模缠绕到芯模缠绕到芯模缠绕到芯模上，然后上，然后固化脱模固化脱模固化脱模固化脱模成为成为增强塑料制品增强塑料制品增强塑料制品增强塑料制品的工的工艺过程，称为艺过程，称为缠绕工艺缠绕工艺缠绕工艺缠绕工艺。缠绕缠绕工艺流程图
40、工艺流程图工艺流程图工艺流程图如下图所示：如下图所示：5.5.连续缠绕成型工艺连续缠绕成型工艺71第71页，共121页，编辑于2022年，星期六缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图纱团纱团纱团纱团集束集束集束集束胶液配制胶液配制胶液配制胶液配制浸胶浸胶浸胶浸胶烘干烘干烘干烘干络纱络纱络纱络纱胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽张力控制张力控制张力控制张力控制纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕芯模芯模芯模芯模纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕张力控制张力控制张力控制张力控制加热粘流加热粘流加热粘流加热粘流固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模打模喷漆打模喷漆打模喷漆打模喷漆成品成品成品
41、成品湿湿湿湿法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺干干干干法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺72第72页，共121页，编辑于2022年，星期六利用利用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时，有两种不制作复合材料制品时，有两种不同的方式可供选择：同的方式可供选择：一是将一是将纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物浸树脂后，再缠绕在芯模浸树脂后，再缠绕在芯模上；上；二是先将二是先将纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物缠好后，再浸渍树脂。缠好后，再浸渍树脂。目前普遍采用前者。目前
42、普遍采用前者。73第73页，共121页，编辑于2022年，星期六利用利用纤维缠绕工艺纤维缠绕工艺制造制造压力容器压力容器时，一时，一般要求纤维具有般要求纤维具有较高的强度较高的强度和和模量模量，容易被容易被树脂浸润树脂浸润，纤维纱的，纤维纱的张力均匀张力均匀以及缠绕时以及缠绕时不不起毛起毛、不断头不断头等。等。74第74页，共121页，编辑于2022年，星期六连续纤维缠绕技术的优点连续纤维缠绕技术的优点首先，纤维首先，纤维按预定要求排列的按预定要求排列的规整度规整度规整度规整度和和精度高精度高精度高精度高，通，通过改变过改变纤维排布方式、数量纤维排布方式、数量，可以实现，可以实现等强度设计等强
43、度设计等强度设计等强度设计，因，因此，能此，能在较大程度上在较大程度上发挥发挥增强纤维抗张性能增强纤维抗张性能增强纤维抗张性能增强纤维抗张性能优异的特点优异的特点。75第75页，共121页，编辑于2022年，星期六其次，用其次，用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术所制得的所制得的成品，成品，结构合理结构合理，比强度比强度和和比模量比模量高，高，质量质量比较比较稳定稳定和和生产效率生产效率较高较高等。等。76第76页，共121页，编辑于2022年，星期六连续纤维缠绕技术的缺点连续纤维缠绕技术的缺点设备投资费用设备投资费用大，只有大，只有大批量生产时大批量生产时才才可能降低成本。可能降低成本。77第
44、77页，共121页，编辑于2022年，星期六拉挤成型工艺中，首先将拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂胶液浸渍过树脂胶液的的连续纤维束连续纤维束或或带状织物带状织物在牵引装置作用下在牵引装置作用下通通过过成型模成型模而而定型定型；6.6.挤压成型工艺挤压成型工艺78第78页，共121页，编辑于2022年，星期六其次，其次，在模中或固化炉中在模中或固化炉中固化固化，制成具有，制成具有特定特定横截面形状横截面形状和和长度不受限制的长度不受限制的复合材料，如复合材料，如管材管材、棒材棒材、槽型材槽型材、工字型材工字型材、方型材方型材等。等。79第79页，共121页，编辑于2022年，星期六一般情况下，只
45、将一般情况下，只将预制品预制品预制品预制品在成型模中在成型模中加热到加热到预固预固预固预固化化化化的程度的程度，最后固化最后固化最后固化最后固化是是在加热箱中在加热箱中完成的。完成的。卧式拉挤成型过程原理图卧式拉挤成型过程原理图卧式拉挤成型过程原理图卧式拉挤成型过程原理图制品制品制品制品切割切割切割切割纤维纤维纤维纤维树脂槽树脂槽树脂槽树脂槽挤挤挤挤胶胶胶胶器器器器预预预预成成成成型型型型拉拉拉拉拢拢拢拢热热热热模模模模80第80页，共121页，编辑于2022年，星期六 拉挤成型拉挤成型过程中，要求过程中，要求增强纤维的增强纤维的强度强度高高、集集束性好束性好、不发生悬垂不发生悬垂和和容易被树
46、脂胶液容易被树脂胶液浸润浸润。常用的常用的增强纤维增强纤维如如玻璃纤维玻璃纤维、芳香族聚酰芳香族聚酰胺纤维胺纤维、碳纤维碳纤维以及以及金属纤维金属纤维等。等。81第81页，共121页，编辑于2022年，星期六用作用作基体材料基体材料的树脂的树脂以以热固性树脂热固性树脂为主，为主，要求树脂的要求树脂的粘度低粘度低和和适用期长适用期长等。等。大量使用的基体材料有大量使用的基体材料有不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂和和环氧树脂环氧树脂等。等。82第82页，共121页，编辑于2022年，星期六拉挤成型的优点拉挤成型的优点生产效率高生产效率高生产效率高生产效率高，易于实现自动化；，易于实现自动化；制品中增强
47、材料的含量一般为制品中增强材料的含量一般为40-80，能够充分发挥增，能够充分发挥增强材料的作用，强材料的作用，制品性能稳定可靠制品性能稳定可靠制品性能稳定可靠制品性能稳定可靠；不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中树脂损耗少树脂损耗少树脂损耗少树脂损耗少；制品的制品的纵向和横向强度可任意调整纵向和横向强度可任意调整纵向和横向强度可任意调整纵向和横向强度可任意调整，以适应不同制品，以适应不同制品的使用要求，其长度可的使用要求，其长度可根据需要根据需要定长切割定长切割定长切割定长切割。83第83页，共121页，编辑于2022年，星期六目前，随着目前，随着科学
48、和技术科学和技术科学和技术科学和技术的不断发展，正向着的不断发展，正向着提高生产速度提高生产速度提高生产速度提高生产速度、热塑性和热固性树脂同时使用热塑性和热固性树脂同时使用的的复复复复合结构材料合结构材料合结构材料合结构材料和方向发展。和方向发展。生产生产大型制品大型制品大型制品大型制品，改进，改进产品外观质量产品外观质量产品外观质量产品外观质量和和提高产品的提高产品的提高产品的提高产品的横向强度横向强度横向强度横向强度都将是都将是拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺今后的发展方向。今后的发展方向。84第84页，共121页，编辑于2022年，星期六注射成型注射成型是是树脂基复合材
49、料生产中的树脂基复合材料生产中的一种重一种重要成型方法，它适用于要成型方法，它适用于热塑性和热固性复合材热塑性和热固性复合材料料，但，但以热塑性复合材料以热塑性复合材料应用最广。应用最广。7.7.注射成型工艺注射成型工艺85第85页，共121页，编辑于2022年，星期六注射成型工艺原理注射成型工艺原理注射成型注射成型注射成型注射成型是根据是根据金属压铸原理金属压铸原理金属压铸原理金属压铸原理发展起来的一种发展起来的一种成型方法成型方法。该方法是将该方法是将颗粒状树脂颗粒状树脂颗粒状树脂颗粒状树脂、短纤维短纤维短纤维短纤维送入送入注射注射腔内腔内，加热熔化加热熔化、混合均匀混合均匀，并，并以一定
50、的挤出压力以一定的挤出压力，注射到温度较低的注射到温度较低的密闭模具密闭模具密闭模具密闭模具中，经过中，经过冷却定型冷却定型后，后，开模便得到复合材料制品开模便得到复合材料制品。86第86页，共121页，编辑于2022年，星期六注射成型工艺过程注射成型工艺过程注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括包括加料加料加料加料、熔化熔化熔化熔化、混合混合混合混合、注射注射注射注射、冷却硬化冷却硬化冷却硬化冷却硬化和和脱模脱模脱模脱模等步骤等步骤。加工加工热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂时，一般是将时，一般是将温度较低的树脂体温度较低的树脂体温度较低的树脂体温度较低的树脂体系系系系(防止物料在进入模