复合材料结构及其成型原理

碳纤维复合材料

(西北工业大学机电学院, 陕西西安710072)

摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。

关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程

Carbon Fiber Reinforce Plastic

(School of Mechatronics, Northwes tern Polytechnical University, Xi’an

710072, China)

Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potential for development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plastic from two aspects: material and manufacturing process.

Key words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process

1引言

纤维增强塑料是工程塑料应用的一种重要形式，而碳纤维复合材料就是其中的佼佼者，它以其所具有的低密度、高比强度、高比模量和优越的成型性和其他物理、化学特性在军事、航天、航空、电子等领域被广泛地应用，具有极大的发展潜力。尤其是在航空领域，碳纤维复合材料构件是航空航天结构中重要的组成部分，常用于飞机的内部骨架以及发动机等零件的固定支架。所以，进一步研究碳纤维复合材料对发展我国制造业尤其是航空制造业具有重要的意义。本文从碳纤维复合材料的特点及其应用出发，总结了它的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。

2碳纤维复合材料及其应用

2.1碳纤维的结构

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。与此同时，其力学性能又是其它纤维无法比拟的。表l给出了碳纤维的力学性

能与其它种类纤维的比较。

表1 碳纤维与其它纤维力学性能的比较

纤维种类密度3/cm g 拉伸强度

GPa 拉伸弹性模量GPa 性能

高强碳纤维 1.50 5.70 280 质轻、高强，大丝束

成本低

聚乙烯纤维 0.97 2.59 120 超高分子量

玄武岩纤维 2.80 3.00~4.80 79~93 耐酸碱，耐高温，密

度大

E-玻璃纤维 2.55 3.40 72.40 主流增强材料，密度

大，模量偏低，耐湿

热性能较差 S-玻璃纤维 2.50 4.50 86.9

2.2 碳纤维复合材料

尽管碳纤维可单独使用发挥，但它毕竟属于脆性材料，只有将它与基体材料牢固地结合在一起时，才能有效地发挥其优异的力学性能。因此，碳纤维可用作复合材料中的增强相[2] ，以提高产品得强度、减轻结构的质量、延长使用寿命和增加安全可靠性。因此，从国防军工到民用工业，包括航空航天、土木建筑、交通运输等领域，碳纤维复合材料都获得了进一步的应用。碳纤维在复合材料中用作增强材料时，根据使用目的不同可选用不同的基体材料和复合方式达到要求的复合效果。碳纤维可用来增强树脂、水泥、橡胶、碳、金属等，而目前使用最多、最广泛的就是树脂基复合材料。

在碳纤维增强树脂基复合材料中，碳纤维起到增强作用，而树脂基体则使复合材料成型为承载外力的整体，并通过界面传递载荷于碳纤维。所用基体树脂主要分为两大类，一类是热固性树脂(Thermo settings ，TS)，另一

类是热塑性树脂(Thermo plastics，TP)。热固性树脂由反应性、低分子量预聚体或带有活性基团高分子量聚合物组成。成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不熔不溶的交联体型结构。常用的有环氧树脂、酚醛树脂、双马来亚酰胺树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解和熔融，只发生物理变化。常用的有聚乙烯、尼龙、聚醚醚酮等。

2.3碳纤维复合材料的应用

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度碳纤维可加工成织物、毡、席、带、

纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。表2为碳纤维的重点开发应用领域；图2为最近几年世界碳纤维的需求量；图3为世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测。

表2 碳纤维的重点开发应用领域

图2 世界碳纤维的需求量

图3 世界碳纤维按应用领域需求的统计

3碳纤维复合材料成型工艺

成型工艺是将原材料转化为结构件的关键工艺步骤。碳纤维复合材料的加工成型工艺很多，不同的成型加工技术对制品的性能会带来较大的影响。

目前常用的碳纤维复合材料加工成型工艺主要有：手糊成型(Hand Laying-up)、喷射成型(Spray Moulding)、真空袋成型法、团状模塑料(Dough Molding Compound，DMC)成型、片状模塑料(Sheet Molding Compound，SMC)成型、层压成型(Lamination Process)、热膨胀成型、树脂传递模塑成型(Resin Transfer Molding，RTM)、缠绕成型(Winding Process)、反应注射成型(Reaction Injection Molding，RIM)和拉挤成型(Puhrusion Process)等。本文重点介绍手糊成型工艺、真空袋成型工艺、热膨胀成型工艺、拉挤成型工艺、RTM成型工艺模压成型工艺。

3.1手糊成型

手糊成型[3]是指在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的树脂(胶衣凝胶后涂覆)和碳纤维，手持辊子或刷子使环氧树脂浸渍碳纤维，并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。具体工艺流程如图4所示。

图4 手糊成型流程图

该工艺的主要优点是：可室温成型；设备投资少，模具折旧费低；上马快，技术较易掌握；无论构件尺度大小，造型如何复杂，都可以制作出来。主要缺点是：属于劳动密集型生产，制品质量由工人技术熟练程度决定；手糊用树脂分子量低，通常可能较分子量高的树脂对人的健康和安全有害。

3.2真空袋成型

真空袋成型法是指在环氧树脂固化时，通过抽真空的方式使袋内复合材料坯件受到均匀压力来制备复合材料制品的成型方法。其过程为：将手糊或喷射好的积层在环氧树脂的A阶段与模具在一起，在积层上覆以真空袋，周边密封，然后抽真空形成负压，大气通过真空袋对毛坯加压，使积层受到不大于101 kPa的压力而被压实、成型。真空袋用延展性好、强度高的尼龙膜等材料制成，用粘性的密封胶条与模具粘结在一起，真空袋内通常要放有导气毡以使真空通路畅通。固化完全后卸模取出制件。真空袋法封装示意图如图5所示。

图5真空袋法封装示意图

其工艺流程如图6所示。

图6 真空袋成型工艺流程图

真空袋成型工艺简单，不需要专用设备，常用来制造室温固化的制件，也可在固化炉内成型高、中温的制件。由于真空袋法产生的压力小，较适用于环氧和聚酯树脂，通常可获得高碳纤维含量的复合材料，碳纤维可较好地浸渍环氧树脂，制出的制品表面光滑，精度较高。主要缺点是额外的工艺过程增加了劳动力和成本，并且要求操作人员有较高的技术水平；生产效率不高[56] 。

3.3热膨胀成型

热膨胀工艺是指复合材料预浸料在闭合刚性阴模中通过硅橡胶芯模的热膨胀来实现对复合材料加压固化的成型工艺方法。它以热膨胀系数较大的材料为芯模，刚体材料为阴模，复合材料置于芯模与阴模之间。如图7所示。当模具受热后，由于芯模材料的热膨胀系数比阴模材料大几十倍，芯模的体积膨胀受到阴模的限制，则在模腔内产生压力，这种压力称为热胀压力(TEP)，以此实现对复合材料固化过程的加压[7]。

图7 热膨胀成型组装模具示意图

热膨胀成型工艺靠芯模热膨胀产生压力，无需外压源，适合于复杂结构制品的整体共固化。在某些多腔体结构中，克服了外压难以均匀传递的缺点，具有不可替代的优点。但此方法要求模具有很好的刚度，否则会影响制品的精度。

3.4拉挤成型

拉挤成型是指将浸渍了环氧树脂的连续碳纤维经加热模拉出形成预定截面型材的过程。碳纤维储放在轴架上．由导引装置拉出，而后进入树脂浸渍槽进行树脂浸渍，也可直接进入口模．在口模内靠压力作用迫使树脂与纤维结台。前一种方法碳纤维的浸渍比较完全，生产线速度快，成本低，产品厚度不受限制；后一种方法的优点是碳纤维易于控制，产品的表面光洁度好。碳纤维浸渍树脂后进入预成型口模，使其排列整齐，溢出过剩的树脂。继而，浸渍的碳纤维进入加热口模固化成型，再经拉拔装置牵引，按需切割成最终的型材或制品。其工艺流程如图8所示。

图8 拉挤成型工艺流程

拉挤成型工艺的主要优点是制造速度快，拉挤成型材料的利用率为95％(手糊成型材料的利用率仅为75％)；树脂含量可精确控制；由于纤维呈纵向，且体积分数可较高(40％~80％)，因而型材轴向结构特性可非常好。主要缺点是模具费用较高；一般限于生产恒定横截面的制品[8]。

3.5RTM成型工艺

为了降低苯乙烯的排放，低成本、低污染的成型工艺RTM在整个复合材料行业得到了飞速的发展。RTM的原理是：在压力注入或真空辅助条件下，模具型腔中铺放好增强材料的预成型体，低粘度树脂体系被注射到模具中，排出模具内的气体以彻底浸润纤维，由模具的加热系统加热树脂，固化后为。图9是RTM成型工艺流程示意图。

FRP构件[910]

图9 RTM成型工艺流程示意图

RTM成型工艺的主要优点：(1)闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型多品种、中批量、高质量的复合材料整体构件；(2)初期投资小，且制品公差小、表面光洁度高；(3)生产周期短、生产过程自动化适应性强、成型效率高；(4)环境污染小。但树脂通过压力注射进入模腔形成的制品存在着孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分等缺陷。

3.6模压成型工艺

模压成型工艺是目前国内外先进复合材料最成熟的成型技术之一，该工

艺使用预浸布为原料，从叶根向叶尖以渐薄的方式进行缠绕，最后模压成形，

。

其工艺流程如图10所示[1112]

图10 模压成型工艺流程

具体过程：用模板法或冲模法截取各个铺层，将铺层以一定顺序装在模具上，按工艺参数进行固化；脱模后对叶片进行去毛刺、修整和钻孔，在叶片前缘铺上胶膜、丝网并装配金属保护板后，再加热、加压固化；对叶片表面进行吹砂、打底漆、涂聚氨酯涂料，干燥即可。

复合材料的尖部边缘有剥离趋向，叶片前缘、后缘及叶尖都包有钛合金条，可以消散外物损伤能量。该工艺生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；产品尺寸精度高，重复性好；表面光洁，无需二次修饰；能一次成型结构复杂的制品；因为批量生产，价格相对低廉。但不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。4碳纤维复合材料的发展

碳纤维属高新技术、高附加值产品，具有其他材料不可比拟的优异性能，具有广泛的用途和良好的发展前景。为了进一步开发市场，抢占先机，开发

新型的碳纤维复合材料及其成型工艺非常必要。

4.1绿色复合材料

现在人们使用天然增强材料来取代过去的玻璃纤维和碳纤维，比如洋麻和麻等天然纤维，基材中采用的可生物降解树脂组成的低环境污染FRP属于环境友好型复合材料，该类材料即使排放到土壤中，随着时间的推移．能够分解成水和二氧化碳，对环境无污染。如热塑性复合材料，与热固性复合材料相比，热塑性复合材料质量轻、抗冲击性能好、生产周期短，且可回收利用[13]。而且若在风机的制造中采用热塑性复合材料，每台风机重量可降低10％，抗冲击性能将大幅度提高，制造周期降低1/3，并可100％回收利用。

4.2碳纳米管复合材料

碳纳米管（CNT)是1991年发现的新的纯碳物质，直径是从几纳米到几十纳米不等，长度为几十微米，如图11所示。管子的抗拉强度是钢的几十倍 (几十~几百GPa)，拉伸弹性模量非常大，是钢的5倍(1TPa)，有望成为2 1世纪最重要的新材料之一。CNT中有单层碳纳米管 (SWCNT)和多层CNT套在一起的多层碳纳米管(MWCNT)两种。碳原子是圆锥结构，就像一个个茶杯套在一起．形成彼此相连的纤维状，此外还有直径为50-200 nm的茶杯套接型碳纳米管(CSCNT)。过去用气相法合成的气相成长碳纤维(VGCF)，直径从几十到几百纳米不等，比CNT粗，长度与CNT相同，树脂分散性好，价格低廉，容易获取，可应用于复合材料。采用该纳米材料增强高分子复合材料，有望开发出具有新特性的结构材料和功能材料[14]。

图11 三种类型的纳米管

a)单壁纳米管 b)锯齿型纳米管 c)手性纳米管

因此，今后在纤维增强塑料复合材料领域，应开发适合各种各样满足先进的FRP材料要求的树脂。在增强纤维目前所具备的良好特性基础上，通过添加纳米管进行改性，提高基材树脂的成型性、浸渍性以及与纤维的界面强度，努力开发出高温下特性优越的树脂材料。

4.3电子束固化技术

碳纤维复合材料成型工艺一般是先把预成型的CFRP(即环氧树脂浸渍碳纤维的基体材料)放进成型模具中，然后一起在成型机中给予一定的压力和温度．使树脂完全固化。随着零件尺寸的增大。热压成型设备的投资和生产的能耗都非常大。从而增加了制造成本，因此开发复合材料的非热压成型工艺非常必要。

电子束固化技术是近年来研究的意在取代传统热固化的新技术，它采用电子射线使预成型CFRP完全固化的方法。图12是电子射线固化过程的模式图。

图12 电子射线固化过程的模式图

它的独特之处在于成本低，固化温度可调，固化时间非常短，工艺匹配性好，环境污染小。

4.4超声连续改性处理技术

超声处理技术是一种新型的处理技术，它具有对增强体碳纤维进行表面改性和改善浸胶工艺的双重作用，因此超声处理技术既是一种纤维表面改性技术，又是一种新型的复合材料浸胶工艺[15]。

超声作用于树脂体系，促使树脂内部空化泡涨落的交替作用，诱发空化效应，产生巨大的能量，克服树脂体系分子运动的摩擦阻力，降低树脂体系粘度；另一方面，超声的声流作用提供给树脂体系内分子一个很大的加速度，使其迅速运动，也使树脂体系的粘度降低。同时，超声波的负压相可产生强大的抽吸作用，除去纤维表面吸附的杂质和氧化物，使其表面能提高。树脂的粘度降低、纤维的表面能提高，这就使充模过程中树脂对纤维的浸润性提高，进而提高浸润速率，界面粘结性能也得到改善。

4.5低成本制造技术

制造成本大约占复合材料制件总成本的80％左右，所以低成本复合材料技术的核心是低成本制造技术，它的发展对碳纤维工业具有重大的现实意义

和深远的历史意义[16]。其主要方面有：

(1)自动化制造技术：发展以自动铺带(ATL)和纤维自动铺放(AFP)为核心的自动化制造技术。该技术可节省时间、劳力，速度较手工铺层提高10倍左右，而且提高了制件精度、质量，节省了原材料，有效的降低了成本。

(2)以共固化/共胶接为核心的大面积整体成型技术：大面积整体成型可大大减少零件数目，减少紧固件数目，降低连接和装配成本，减轻结构质量，从而有效的降低了总成本。

(3)以RTM技术为核心的低成本制造技术的研究和发展：可不用预浸料、热压罐，有效地降低设备成本，成型成本。该项技术近年来发展很快，在飞机、汽车、舰船等领域应用日广，并研究发展出RFI、VARTM、SCRIMP、SPRINT 等多种分支，满足不同领域的应用需求。

(4)罐外成型技术：热压罐法成型是目前航空航天制件最主要的成型工艺方法，但其生产周期长、设备成本高、能源消耗大，故其生产成本高。为降低制造成本，人们在努力寻求热压罐外成型方法。最近日本的JAMCO公司发展了一种ADP(Advanced Pultrusion) 技术，是一种创新的低成本的自动化技术。其不同于常规的拉挤，拉挤进去的不是纤维束，而是航空级的预浸料，中间有停顿进行固化和后固化。现该技术已用于生产A380上舱地板横梁，该梁长5.92 m，I型截面，两端固支横穿整个机身，受载很大。

5结语

随着先进复合材料及其相关技术的不断进步，世界航空复合材料新时代已经来临并将会不断发展壮大。新的碳纤维复合材料的不断涌现和新的成型工艺的产生，给全世界带来了新的机遇和挑战。在机遇和挑战面前，国内应看准方向，着力自主创新，实现跨越式发展，促使我国复合材料制造技术逐步赶上国际先进水平。

参考文献

[1]李一民.浅谈碳纤维复合材料成型工艺技术[J].广东科技.2011.12:21

[2]黄风萍，李缨.碳纤维及其复合材料的发展[J].陶瓷,2005.(10):11.16

[3]张健康，等.工程塑料应用，2002.30(6)：12—15

[4]王静.非织造布增强复合材料的成型方法[J].四川纺织科技.2003:3

[5] Kang M K, et https://www.360docs.net/doc/479831437.html,posites Part A：Applied Science and Manufacturing，

2001.32(11)：1553-l56

[6]李斌太，等.航空材料学报，2006.26(3)：222-225．

[7]靳武刚，高建军，吴利英.热膨胀成型工艺应用于碳纤维复合材料[J] .

现代塑料加工应用.2003.02：15-1

[8]陈立军，武凤琴，张欣宇，杨建，李荣先.环氧树脂/碳纤维复合材料

的成型工艺与应用[J]. 工程塑料应用.2007.35:10

[9]马祥林，任婷，徐卫平.大型碳纤维复合材料风机叶片成型工艺与发展

[J]. 纤维复合材料.2011.9(3):26

[10]关户俊英，岩泽茂郎，仙波龙也．RTM成型方法及装置[P]．日本：

200580005211.3,2007—02—28．

[11]THAGARD JR，OKOLI OI，LIANG z，et a1．Resin infusion between

double flexible tooling：prototype development[J]．Cornposites Part A：Applied Science and Manufacturing,2003,34 (9):803—81

[12]陈祥宝．先进树脂基复合材料制造模拟与优化技术[M]．北京：化学

工业出版社.2006

[13]GOSEAU AM．Recovering carbon fiber and m0re from scrap composite

material[R]．Paper presented at Carbon Fiber Recycling and Reuse conference，Hamburg GERMANY,2009．

[14]王建萍. 日本复合材料的最新技术动态[J].塑化专题.2008:10

[15]邱求元，邢素丽，肖加余，曾竟成，王遵. 碳纤维增强树脂基复合材料

界面优化研究进展.材料导报.2006,20(11).

[16] 刘东辉. 复合材料低成本化进展与分析.纤维复合材料.2012.(6):2

复合材料加工工艺综述

复合材料加工工艺综述前言：复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属

纳米材料导论期末复习重点

名词解释： 1、纳米：纳米是长度单位，10-9米，10埃。 2、纳米材料：指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。 3、原子团簇：由几个乃至上千个原子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体（原子团簇尺寸一般小于20nm）。 4、纳米技术：指在纳米尺寸范围内,通过操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。 5、布朗运动：悬浮微粒不停地做无规则运动的现象。 6、均匀沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来，再与沉淀组分发生反应。 7、纳米薄膜材料：指由尺寸在纳米量级的颗粒构成的薄膜材料或纳米晶粒镶嵌与某种薄膜中构成的复合膜且每层厚度都在纳米量级的单层或多层膜。 8、真空蒸镀：指在高真空中用加热蒸发的方法是源物质转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。 9、超塑性：超塑性是指在一定应力下伸长率≥100％的塑性变形。 10、弹性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复原状。 11、塑性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体不会恢复原状。 HAII-Petch公式： σ－－强度；H－－硬度；d－－晶粒尺寸；K－－常数纳米复合材料：指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。 14、蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。 15、热塑性：物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。大题：纳米粒子的基本特性？（1）小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会造成颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸的变小，所导致的颗粒宏观物理性质的改变称为小尺寸效应。（2）表面效应：纳米粒子表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能和表面张力也随着增加，物理化学性质发生变化。（粒度减小，比表面积增大；粒度减小，表面原子所占比例增大；表面原子比内部原子具有更高的比表面能；表面原子比内部原子具有更高的活性）（3）量子尺寸效应：当金属粒子的尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的能级由准连续变为离散能级或能隙变宽的现象。（4）宏观量子隧道效应：宏观物理量具有的隧道效应。纳米陶瓷具有较好韧性的原因？（1）纳米陶瓷材料有纳米相，具有纳米材料相关的性能，而纳米材料具有大的界面，界面原子排列相当混乱，原子在外力变形条件下容易迁移，从而表现出优良的韧性，因而纳米陶瓷也具有较好的韧性；（2）纳米级弥散相阻止晶粒长大，起到细晶强化作用，使强度、硬度、韧性都得到提高；（3）纳米级粒子的穿晶断裂，并由硬粒子对裂纹尖端的反射作用而产生韧化。

先进复合材料主要制造工艺和专用设备

先进复合材料主要制造工艺和专用设备中国航空工业第一集团公司科技发展部郝建伟中国航空工业发展研究中心陈亚莉先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文旨在介绍在复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺和先进专用设备。复合材料在飞机上的应用随着复合材料制造技术的发展，复合材料在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。复合材料在飞机上的应用趋势有如下几点：（1）复合材料在飞机上的用量日益增多。复合材料的用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比来表示，世界上各大航空制造公司在复合材料用量方面都呈现增长的趋势。最有代表性的是空客公司的A380客机和后续的A350飞机以及波音公司的B787飞机。A380上复合材料用量约30t。B787复合材料用量达到50%。而A350飞机复合材料用量更是达到了创纪录的52%。复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势，近几年得到迅速发展的无人机更是将复合材料用量推向更高水平。（2）应用部位由次承力结构向主承力结构发展。最初采用复合材料制造的是飞机的舱门、整流罩、安定面等次承力结构。目前，复合材料已经广泛应用于机身、机翼等主承力结构。主承载部位大量应用复合材料使飞机的性能得到大幅度提升，由此带来的经济效益非常显著，也推动了复合材料的发展。（3）在复杂外形结构上的应用愈来愈广泛。飞机上用复合材料制造的复杂曲面制件也越来越多，如A380和B787飞机上的机身段，球面后压力隔框等，均采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。（4）复合材料构件的复杂性大幅度增加，大型整体、共固化成型成为主流。在飞机上大量采用复合材料的最直接的效果是减重，复合材料制件

复合重点学习的材料重点学习的教学大纲纲要.doc

复合材料教学大纲

《复合材料》教学大纲一、课程名称：复合材料二、学分、学时： 2 学分、 32 学时三、教学对象： 06 级应用化学本科四、课程性质、教学目标《复合材料》是应用化学专业的一门学科基础课程，选修。复合材料是包括多学科、多领域的一门综合性学科。本课程以恰当的比例分别对复合材料的各种增强材料、复合材料的各种基体材料以及聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等的性能、制备、应用和发展动态进行了较为系统的讨论。使学生在已有的材料科学的基础上，较为系统地学习复合材料的各种基体材料和增强材料，以及各种复合材料的性能、制备方法与应用，了解材料的复合原理，以及复合材料的发展方向。从而丰富和拓宽学生在材料及材料学方面的知识。五、课堂要求要求认真随堂听课，认真阅读指定教材，广泛查阅有关复合材料方面的最新资料。按教学要求完成专题综述论文的撰写，并进行课堂交流。六、教学内容与基本要求（一）绪论（ 2 学时）复合材料的国内外发展状况及今后的发展

方向；复合材料的分类；复合材料的基本性能；复合材料的增韧增强原理；复合材料的特性；复合材料的应用。基本要求：掌握复合材料的基本性能及分类，了解复合材料的应用。（二）材料的基体材料（6学时）金属材料：金属的结构与性能、各种合金材料；陶瓷材料：包括水泥、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷；聚合物材料：聚合物的种类、结构与性能，复合材料选用聚合物的原则。基本要求：掌握常用基体材料的种类、结构性能及其选用的原则。（三）材料的增强材料（6学时）玻璃纤维及其制品的分类、制备、性能与应用；碳纤维的分类、制备、性能与应用；陶瓷纤维、芳纶纤维、晶须的制备、性能与应用；填料（高岭土、石墨、烹饪土、烹饪土、碳酸钙、化石粉等）的性能与应用。

复合材料工艺大全

复合材料工艺大全复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产。如：（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZMC模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺；（20）编织复合材料制造技术；（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；（22）注射成型工艺；（23）挤出成型工艺；（24）离心浇铸制管成型工艺；（25）其它成型技术。视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。

复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：（1）材料制造与制品成型同时完成一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。（2）制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。 ◇成型工艺层压及卷管成型工艺 1、层压成型工艺层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在，印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。 2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法，其原理是借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下，辊筒在运转过程中，借助辊筒与芯模之间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到要求的厚度，然后经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化。管材固化后，脱去芯模，即得复合材料卷管。

复合材料成型工艺大全及说明

复合材料成型工艺大全及说明复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产。视所选用的树脂基体材料的不同，各方法适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：（1）材料制造与制品成型同时完成一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。（2）制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。 ◇ 层压及卷管成型工艺1、层压成型工艺层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，

放入两个抛光的金属模具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在，印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法，其原理是借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下，辊筒在运转过程中，借助辊筒与芯模之间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到要求的厚度，然后经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化。管材固化后，脱去芯模，即得复合材料卷管。卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。其基本过程是：首先清理各辊筒，然后将热辊加热到设定温度，调整好胶布张力。在压辊不施加压力的情况下，将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈，然后放下压辊，将引头布贴在热辊上，同时将胶布拉上，盖

复合材料整体成型关键技术现状分析研究

复合材料整体成型关键技术现状分析研究摘要：复合材料具有减轻结构重量，适合整体成型，提升结构安全性，降低生产成本等诸多优势，目前复合材料已经成为航空工业的研究热点，未来航空市场的竞争，很大一部分也是先进复合材料应用的竞争，目前在这块市场上，我国的基础实力较为薄弱，而发达国家对于先进的复合材料技术对我国高度保密，因此充分利用专利信息，研究复合材料整体成型技术的发展现状具有非常重要的意义。本文从专利的角度对航空复合材料整体成型技术的应用进行了分析，并从几个关键技术点上进行重点专利分析，以期能给复合材料的研发应用提供指导。关键词：复合材料自动铺放液态成型热压罐真空袋挤压成型中图分类号：tb33 文献标识码：a 文章编号： 1674-098x(2011)12(a)-0000-00 复合材料整体成型技术正广泛的应用在航空航天及其他技术领域，由于复合材料的整体成型具有降低制造成本，减轻结构重量，提升航天器的经济环保性等诸多优点。飞机上的复合材料使用量已经成为衡量其先进性的重要标准[1]。飞机设计领域向来有为减轻每1g重量而奋斗的原则，因此发展复合材料成型技术的符合民机技术发展的趋势，也反映了目前低碳节能，绿色环保的飞机设计理念的要求。

目前如空客公司的a350，波音公司的b787的复合材料的用量已经达到了50%。当前各国都将先进复合材料制造技术作为研发重点，而从“产品未动，专利先行”的角度出发，大量复合材料技术都可以在专利文献中找到，因此积极利用专利信息开展现状分析，挖掘具有借鉴价值的专利具有十分积极的意义。 1复材整体成型技术发展概况现代先进复合材料起源于20世纪60年代，70年代复合材料开始应用在飞机结构上，复合材料的加入对飞机结构轻质化、模块化起着中重要的作用。近年来先进复合材料在现代飞机上的用量不断扩大，已经成为铝，钢、钛之外的第四大航空结构材料[2]。复合材料整体成型技术经过了几个阶段的发展，已经逐渐从次承力件过度到主承力件，波音空客两大民机巨头在民机市场竞争日趋激烈，在复合材料方面也不断抢占技术制高点，推出的机型中无一不把提高复合材料用量作为经济性，先进性的象征性指标。从专利领域来看，近几年两大航空企业的复合材料相关专利的申请量也在不断剧增，波音公司凭借其一直以来在复合材料应用领域的雄厚基础，申请了大量极具技术价值的基础专利，同时针对这些基础专利不断进行改进形成新的专利申请。空客公司作为后起竞争者凭借欧洲航空工业在复材领域的雄厚基础，不断进行大胆创新，在该领域申请的大量的专利也大有后来居上的态势。可见现代民机企业都在不遗余力的提升复合材料的研发力度。当前复合材料的成型技术主要包括真空袋-热压罐成型技术，自

西工大-复合材料原理复习题及答案(仅供参考)

精品文档 1.为什么Nicalon sic 纤维使用温度低于1100℃？怎样提高使用温度？从热力学上讲，C-SIO 2界面在1000℃时界面气相CO 压力可能很高，相应的O 2浓度也较高。只有O 2扩散使界面上O 2浓度达到较高水平时，才能反应生成CO 。但是温度较低时扩散较慢，因此C-SiO 2仍然在1000℃左右共存。当温度升到1100℃，1200℃时，CO 的压力将会更高，此时O 2的浓度也较高，而扩散速度却加快。因而，SiC 的氧化速度加快，导致Nicalon 纤维在1100℃，1200℃时性能下降很快。要提高Nicalon 纤维的使用温度，需降低Nicalon 纤维的游离C 和O 的含量，以防止游离C 继续与界面O 反应。 2.复合材料的界面应力是怎样产生的？对复合材料的性能有何影响？复合材料的界面应力主要是由于从制备温度冷却到室温的温度变化△T 或是使用过程中的温度变化△T 使得复合材料中纤维和基体CTE （coefficient of thermal expansion 热膨胀系数？）不同而导致系统在界面强结合的情况下界面应力与△T 有着对应关系；在界面弱结合的情况下，由于滑移摩擦引起界面应力。除了热物理不相容外，还有制备过程也能产生很大甚至更大的界面应力。如：PMC 的固化收缩，MMC 的金属凝固收缩，CMC 的凝固收缩等。 △CTE 限制界面应力将导致基体开裂，留下很多裂纹，裂纹严重时将使复合材料解体，使复合材料制备失败，或是使其性能严重下降，△CTE 不大时，弹塑性作用，不会出现裂纹。而对于CMC ，即使不会出现明显的裂纹，基体也已经出现了微裂纹。这些微裂纹对复合材料的性能不会有很的影响，相反，这些微裂纹对CMC 复合材料的增韧有帮助，因为微裂纹在裂纹扩展过程中将会再主裂纹上形成很多与裂纹而消耗能量，从而达到增韧的目的。 3．金属基复合材料界面控制的一般原则是什么？金属基复合材料要求强结合，此时能提高强度但不会发生脆性破坏。均存在界面化学反应趋势，温度足够高时将发生界面化学反应，一定的界面化学反应能增加界面的结合强度，对增强有利。过量的界面化学反应能增加界面的脆性倾向对增韧不利。因此，MMC 的界面化学反应是所希望的，但是应该控制适度。具体原则有：纤维表面涂层处理：改善润湿性，提高界面的结合强度，并防止不利的界面反应。基体改性：改变合金的成分，使活性元素的偏聚在f/m 界面上降低界面能，提高润湿性。控制界面层：必须考虑界面层的厚薄，以及在室温下熔体对纤维及纤维表面层的溶解侵蚀。纤维及其表面层金属熔体中均具有一定的溶解度。因而，溶解和侵蚀是不可避免的。 4.为什么玻璃陶瓷/Nicalon 复合材料不需要制备界面层？氧化物玻璃基体很容易与Nicalon SiC 纤维反应：SiC+O 2=SiO 2+C 这一反应可以被利用来制备界面层。氧化物玻璃基体与Nicalon SiC 纤维还可能发生其它氧化反应，但由于需要气相产物扩散离开界面，因为其他热力学趋向很大，但反应驱动力相对较小。因上述反应生成的SiO 2 在SiO 2基玻璃中很容易溶入玻璃基体。如果使用的玻璃基体不发生饱和分相的话，反应的结果将在界面上生成C 界面层或纤维的表面层，因而不需要预先制备界面层，这就是玻璃陶瓷的最大优点。 5．复合材料有哪三个组元组成，作用分别是什么？复合材料是由：基体，增强体，界面。基体：是复合材料中的连续相，可以将增强体粘结成整体，并赋予复合材料一定形状。有传递外界作用力，保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。增强体：主要是承载，一般承受90%以上的载荷，起着增大强度，改善复合材料性能的作用。界面：1.传递作用：载荷施加在基体上，只有通过界面才能传递到增强体上，发挥纤维的承载能力，所以界面是传递载荷的桥梁。 2.阻断作用：结合适当的界面有阻止裂纹扩展，中断材料破坏，减缓应力集中的作用。 3.保护作用：界面相可以保护增强体免受环境的腐蚀，防止基体与增强体之间的化学反应，起到保护增强体的作用。 6. 请说明临界纤维长度的物理意义？能够达到最大纤维应力，即极限强度σfu 的最小纤维长度，称为临界长度Lc ，临界纤维长度是载荷传递长度的最大值。 L

复合材料工艺与设备复习材料

复合材料工艺与设备增强纤维（CF,GF）的生产工艺与设备（表面处理工艺与设备）玻璃纤维在生产过程中辅助材料的作用：浸润剂的种类，作用种类：增强型浸润剂和纺织型浸润剂；作用：1、润滑-保护作用；2、粘结-集束作用； 3、防止玻璃纤维表面静电荷的积累；4、为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性；5、使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附等性能 C纤维生产工艺中，惰性气体和张力的作用惰性气体作用：①保护新生产的纤维不受氧化②作为传热介质③排除裂解产物（非C元素）。张力的作用：①使分子取向②使分子结构规整③产生轴向拉伸应力增强纤维在表面处理工艺中的影响因素玻璃纤维表面处理的影响因素：①处理剂的种类；②偶联剂的用量1~%；③处理方法（前处理法、后处理法、迁移法）；④烘焙温度与时间（偶联剂与GF的硅层结构的最佳结合程度）； ⑤偶联剂溶液的配制（PH值的调节，一般用5%的氨水）。手糊成型工艺与设备手糊工艺的特点：优点：1、守护成型不受产品尺寸和形状的限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产；2、设备简单、投资少、设备折旧费低；3、工艺简单；4、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材料；5、制品树脂含量高，耐腐蚀性好；缺点：1、生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；2、产品质量不易控制，性能稳定性不高；3、产品力学性能较低。原材料选择原则：1、产品设计的性能要求；2、手糊成型工艺要求；3、价格便宜，材料容易取得。聚合物基体的选择原则：1、能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物得产生。2、能配制成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为。3、无毒或低毒；4、价格便宜。增强纤维的选择原则：以玻璃纤维为例，工艺特点：1、很好的疏松性；2、铺覆的变形性；3、纤维的均匀性。先进手糊法的种类：喷射成型、热压釜、树脂传递模塑与反应注射模塑。 RTM（树脂传递模塑）基本工艺过程：将液态热固性树脂及固化剂，由计量设备分别从储桶

工程复合材料复习题

土木工程复合材料及应用技术复习思考题一、名词解释: 1、复合材料 2、土工合成材料 3、比强度 4、混杂复合材料 5、纤维临界体积率 6、混合律 7、功能复合材料 8、结构复合材料 9、Ο95 10、纤维临界长度11、界面粘结系数12、韧性13、压缩韧度指数14、弯曲韧度指数15、韧度16、冲击韧性17、疲劳试验荷载循环特征值18、单体19、高聚物20、疲劳试验应力比21、链节22、土工材料抗拉强度23、加聚反应24、聚灰比25、缩聚反应26、沥青玛蹄脂碎石混合料27、透水率28、导水率29湿热效应30相容性31物理相容性32化学相容性32润湿性32界面工程33复合材料界面34复合效应35诱导效应36蠕变37降解反应38交联反应39钢纤维的回弹率40改性沥青41沥青外掺剂（改性剂）42调和沥青43沥青稳定碎石44集料毛体积相对密度45集料视相对密度46集料有效相对密度47沥青吸收量48混合料的有效沥青含量49组合集料毛体积相对密度二、是非题: 1、纤维复合材料其纤维含量越高,力学性能越好。（） 2、纤维与基体之间的界面强度越高越好。（） 3、因钢纤维不耐腐蚀,钢纤维水泥混凝土其抗氯离子侵蚀的能力差。( ) 4、镦头形钢纤维混凝土较长直形钢纤维混凝土力学性能好。（） 5、钢纤维水泥混凝土集料最大粒径不宜超40mm。（） 6、钢纤维水泥混凝土其砂率较普通水泥混凝土低。（） 7、钢纤维水泥混凝土其水泥用量较普通混凝土低。（） 8、钢纤维水泥混凝土其分散系数越小,表示钢纤维分布越均匀。（） 9、钢纤维水泥混凝土从均匀性方面看其钢纤维长径比不宜超过60。( ) 10、钢纤维水泥混凝土采用坍落度评定其工作性。（） 11、钢纤维与水泥基间界面孔隙率低于基体。（）

热塑性复合材料成型工艺

热塑性复合材料成型工艺热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP （Fiber Rinforced Thermo Plastics）。由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。热塑性复合材料的特殊性能如下：（1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。（2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。（3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。（4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料。（5）电性能一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好等。由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小，故其电性能优于后者。在热塑性复合材料中加入导电材料后，可改善其导电性能，防止产生静电。（6）废料能回收利用热塑性复合材料可重复加工成型，废品和边角余料能回收利用，不会造成环境污染。由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。 1、注射成型工艺注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法，历史悠久，应用最广。其优点是：成型周期短，能耗最小，产品精度高，一次可成型开关复杂及带有嵌件的制品，一模能生产几个制品，生产效率高。缺点是不能生产纤维增强复合材料制品和对模具质量要求较高。根据目前的技术发展水平，注射成型的最大产品为5kg，最小到1g，这种方法主要用来生产各种机械零件，建筑制品，家电壳

复合材料原理复习题2009

2009年硕士研究生《复合材料原理》复习题 1.为什么Nicalon sic纤维使用温度低于1100℃？怎样提高使用温度？从热力学上讲，C-SIO2界面在1000℃时界面气相CO压力可能很高，相应的O2浓度也较高。只有O2扩散使界面上O2浓度达到较高水平时，才能反应生成CO。但是温度较低时扩散较慢，因此C-SiO2仍然在1000℃左右共存。当温度升到1100℃，1200℃时，CO的压力将会更高，此时O2的浓度也较高，而扩散速度却加快。因而，SiC的氧化速度加快，导致Nicalon纤维在1100℃，1200℃时性能下降很快。要提高Nicalon纤维的使用温度，需降低Nicalon纤维的游离C和O的含量，以防止游离C继续与界面O反应。 2.复合材料的界面应力是怎样产生的？对复合材料的性能有何影响？复合材料的界面应力主要是由于从制备温度冷却到室温的温度变化△T或是使用过程中的温度变化△T使得复合材料中纤维和基体CTE不同而导致系统在界面强结合的情况下界面应力与△T有着对应关系；在界面弱结合的情况下，由于滑移摩擦引起界面应力。除了热物理不相容外，还有制备过程也能产生很大甚至更大的界面应力。如：PMC的固化收缩，MMC的金属凝固收缩，CMC的凝固收缩等。 △CTE限制界面应力将导致基体开裂，留下很多裂纹，裂纹严重时将使复合材料解体，使复合材料制备失败，或是使其性能严重下降，△CTE不大时，弹塑性作用，不会出现裂纹。而对于CMC，即使不会出现明显的裂纹，基体也已经出现了微裂纹。这些微裂纹对复合材料的性能不会有很的影响，相反，这些微裂纹对CMC复合材料的增韧有帮助，因为微裂纹在裂纹扩展过程中将会再主裂纹上形成很多与裂纹而消耗能量，从而达到增韧的目的。 3．金属基复合材料界面控制的一般原则是什么？金属基复合材料要求强结合，此时能提高轻度但不会发生脆性破坏。均存在界面化学反应趋势，温度足够高时将发生界面化学反应，一定的界面化学反应能增加界面的结合强度，对增强有利。过量的界面化学反应能增加界面的脆性倾向对增韧不利。因此，MMC的界面化学反应是所希望的，但是应该控制适度。具体原则有：纤维表面涂层处理：改善润湿性，提高界面的结合强度，并防止不利的界面反应。基体改性：改变合金的成分，是活性的偏聚在f/m界面上降低界面能，提高润湿性。控制界面层：必须考虑在室温下熔体对纤维及纤维表面层的溶解侵蚀。纤维及其表面层金属熔体中均具有一定的溶解度。因而，溶解和侵蚀是不可避免的。

复合材料的手糊成型工艺

毕业设计报告(论文) 报告(论文)题目：聚合物基复合材料手糊成型工艺作者所在系部：材料工程系作者所在专业：高分子材料应用技术作者所在班级： 07841 作者姓名：赵向男作者学号： 20073084128 指导教师姓名：彭燕完成时间： 2010年5月25日北华航天工业学院教务处制

随着社会科技与经济的飞速发展，复合材料在国内外有很大的应用与发展，并且在各个领域占据了越来越重要的地位。复合材料的成型工艺方法很多，本文着重介绍手糊成型工艺方法的特点、工艺流程以及成型过程中遇到的问题和解决方法等。关键字：复合材料手糊成型工艺流程。

Along with the social economy and the rapid development of science and technology, composite materials at home and abroad, has great development and application in different fields and occupy a more and more important role. Composites forming process, this paper introduces many methods to hand lay-up molding method, process and molding process problems and solving methods. Key words: composite materials molding paste hand process.

新材料科学导论期末复习题有复习资料版

一、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）；（3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的导电特性，并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。第二部分名词解释

复合材料结构及其成型原理

碳纤维复合材料 (西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程 Carbon Fiber Reinforce Plastic (School of Mechatronics, Northwes tern Polytechnical University, Xi’an 710072, China) Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potential for development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plastic from two aspects: material and manufacturing process. Key words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process

(完整版)复合材料期末复习

复合材料复习资料 1复合材料的定义？复合材料是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。复合后的产物为固体时才称为复合材料，若为气体或液体，就不能成为复合材料。 2复合材料的分类： 1）按基体材料类型分为：聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料。（始终有基字） 2）按增强材料分为：玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维复合材料；金属纤维复合材料；陶瓷纤维复合材料（始终有纤维二字） 3）按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。（两种的区别）结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。 3复合材料的基体：金属基---对于航天与航空领域的飞机、卫星、火箭等壳体和内部结构，要求材料的质量小、比强度和比模量高、尺寸稳定性好，选用镁、铝合金等轻金属合金做基体。对于高性能发动机，要求材料具有高比强度、高比模量、优良的耐高温性能，同时能在高温、氧化环境中正常工作，可以选择钛基镍基合金以及金属间化合物作为基体材料；对于汽车发动机，选用铝合金基体材料；对于电子集成电路，选用银铜铝等金属为基体。轻金属基体—铝基、镁基，使用温度在450℃左右或以下使用，用于航天及汽车零部件。连续纤维增强金属基采用纯铝或单相铝合金，颗粒、晶须增强…采用高强度铝合金。钛基，使用温度在650℃（450-700），用作高性能航天发动机镍基、铁基钴基及金属间化合物，使用温度在1200℃（1000℃以上），耐高温 4聚合物基体一）简答题（各自优缺点）聚合物基复合材料的聚合物基主要有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。各自优缺点：

复合材料成型工艺及设备

无机非金属复合材料的成型工艺—纤维增强水泥基复合材料【摘要】纤维增强水泥基复合材料作为新型工程材料已在土木工程多领域中得到广泛地应用。目前在水泥复合材料中掺加一定量的纤维，可以改善并且提高水泥复合材料的物理、力学等性能指标。【关键词】纤维增强复合材料水泥 1、发展及应用自60年代开始，纤维增强水泥基复合材料的研究和开发有较大进展。1964年，丹麦科学家应用复合材料理论探讨纤维增强无机与有机凝胶材料的机理。1967年英国人试制成功抗碱玻璃纤维增强波特兰水泥砂浆。随后美、日等国也相继投产。我国进入80年代用抗碱玻璃纤维增强低碱铝硅酸盐水泥，现已取得一定成效。目前广泛用于各种建筑物中以及工程装备中。 2、特点纤维增强水泥基复合材料与普通混土相比，其显著特点是轻质高强，具有良好的断裂韧性。其拉压比一般可达1/4～1/6(普通混凝土为1/10)。 3、复合材料的组成 1、纤维增强水泥原材料 3.1.增强材料纤维加入脆性的水泥基体中，其作用是提高水泥集体的抗拉强度和韧性，改善其冲击强度和疲劳性能。增强水泥所用纤维按其化学组成可分为金属纤维，无机纤维和有机纤维三大类。用于增强水泥的纤维可分为短切纤维、连续纤维或纤维织物等。目前国内外使用最多的为短切纤维。 2.水泥基体材料硅酸盐水泥、氯氧镁水泥、高铝矿渣水泥等 4、成型工艺及设备 GRC的成型方法有喷射法、预拌法、注射法、铺网法、缠绕法等多种方法。其中玻璃纤维增强水泥复合材料使用最多的方法是喷射成型法。 1、成型工艺 A：直接喷射法用人工手动或通过机械移动装置使切割喷射机在模型上方作往复移动，将纤维水泥砂浆喷在模型表面。