第九章复合材料及加工工艺

汽车复合材料回收现状 在欧美一些国家，汽车复合材料的用量约占 本国复合材料总产量的33％左右，并保持 持续增长状态。
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9.1.2复合材料的特点
波音公司飞机和复合材料回收项目部经理比 尔·卡伯里说：“飞机回收的行业标准取决 于各个公司如何有效地进行回收——如果他 们不把铝从飞机配线中分离的话，回收率仅 为60%-75%，分离则可达80%。回收率的 高低主要取决于内饰部分，因为内饰的材料 很难回收，绝大部分都被当作垃圾填埋了。” 这其中的一大难题是，报废飞机分布在世界 各地，有的地方根本就没有回收设备，而运 输成本又太高。此外，内饰材料如玻璃纤维， 回收后根本没有什么市场价值，常常资不抵 费。 同样碳纤维的生产需要耗费大量的能源， 生产新碳纤维每千克需要165度电，但生产 再生碳纤维每千克只需要8.8度。在价格方 面，再生碳纤维更便宜，每千克只需要17.6 美元，而一般工业生产的碳纤维每千克则为 44美元。
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9.1.3复合材料的分类
按基体可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳—碳复合材料
树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使 用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶等纤维增强体。 金属基复合材料金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增 强体的复合材料。
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
橡胶：容易老化。橡胶及其制品在加工，贮存和使用
过程中，由于受内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学 性质和机械性能的逐步变坏，最后丧失使用价值，这种变 化叫做橡胶老化。
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9.1.3复合材料的分类
复合材料按使用性可分为结构复合材料和功能复合材料
功能复合材料是指力学性 能以外还提供其他物理、 化学、生物等性能的复合 材料，根据功能可分为电、 光、声、热、生物功能等 复合材料，具有广阔的发 展前途。
钛包铜复 合导电材 料
第wk.baidu.com章：复合材料及加工工艺
早在40年代，在战斗机、轰炸机上就开始采用玻璃纤维增 强塑料作雷达罩。60年代美国在F—4、F—111等军用飞 机上采用了硼纤维增强环氧树脂作方向舵、水平安定面、 机翼后缘、舵门等。在导弹制造方面，50年代后期美国中 程潜地导弹“北极星A—2”第二级固体火箭发动机壳体 上就采用了玻璃纤维增强环氧树脂的缠绕制件，较钢质壳 体轻27%。
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9.1.1复合材料的概念
复合材料历史 古代——近代——先进复合材料
敦煌石窟彩塑制作过程
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9.1.1复合材料的概念
复合材料历史 古代——近代——先进复合材料
近现代： 第一代、1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料 第二代、1960年到1980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、及凯芙拉 纤维增强环氧树脂复合材料”用于飞机、火箭的主承力件 上。 第三代、1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合材料 以铝基复合材料的应用最为广泛。
玻璃纤维方格布
磨碎的玻璃纤维
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
碳纤维：是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新
型纤维材料。模量高，无蠕变，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐 蚀性好，
K数指的是碳纤维 束里面单丝的根 数,碳纤维单丝的 直径是一样的,K 数越大,每股的单 丝数就越高 T抗拉强度都是指 的单丝的抗拉强 度 T700>T300>T20 0
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fu he 材料
什么是复合材料？
不同的材料具有不同的特性。纯铝密度小易于 加工，但强度低，所以不宜做结构材料：而陶 瓷材料具有强度高、耐磨、腐蚀性好等优点。
所以举个例子
在铝合金中适量加入陶 瓷颗粒，可以大幅度的提高其弹性模量、强度、 耐磨和耐热性。 高压架空输电电缆采用铝包钢线制成，既保证 了电缆的强度和安全性，
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9.1.3复合材料的分类
复合材料按使用性可分为结构复合材料和功能复合材料
结构复合材料以力学性能 为主，主要用作承力和次 承力结构使用的材料，它 要求质量轻、强度和刚度 高，且能耐一定高温，在 特定条件下还要求具有膨 胀系数低、绝热性好或耐 介质腐蚀性强等其他特性。
增强材料： 玻璃纤维、碳纤维、硼纤 维 基体： 塑料、树脂、橡胶、金属
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
玻璃纤维：优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械
强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。
玻璃纤维涂胶布
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9.1.1复合材料的概念
复合材料历史 古代——近代——先进复合材料
玻璃纤维增强塑料电缆管
凯芙拉纤维材料防刮手机外壳
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9.1.1复合材料的概念
由于复合的素材种类 翻多，所以组成的复 合材料也不计其数。 复合材料的开发保留 了单一素材各自的优 点，克服和弥补单一 材料的某些弱点，得 到单一素材无法比拟 的综合特性。 金属 金属 塑料 塑料
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9.1.3复合材料的分类
按复合形式及复合结构特点可分为纤维复合材料、夹层复合材料、颗粒复合材料、混杂复合材料
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。 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，但具有一定的厚度和刚度。可分 为实心夹层和蜂窝夹层。 颗粒复合材料：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。
但是 复合材料的回收
处理比较困难，易引起 环境问题。
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9.1.2复合材料的特点
通过焚烧回收热能；通过热降解 回收可燃油和可燃气体；通过物 理粉碎法重新生成玻纤、填料和 固化树脂的混合物。其中，物理 粉碎法是得到了广泛认同的、最 为经济和方便的回收技术。
在欧洲，由复合材料企业发起组成了 ERCOM复合材料回收股份公司的联盟组 织，目的是在欧洲范围内开展SMC废弃 物的收集和回收工作，取得了很好的社 会和经济效益。
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
金属：1、高温强度低。随着温度的升高，金属强度会迅速下
降，承重能力迅速减弱。钢结构的建筑最怕火烧。
2、耐腐蚀性差。除了少数几种贵金属外，其它金属大都 易腐蚀，影响使用寿命。
班级：工设122
姓名：王涛
学号：201210148
第九章：复合材料及加工工艺
9.1复合材料的基本特征 9.2常用的复合材料 9.3复合材料的成型工艺 9.4复合材料的设计中的应用·
9.1 复合材料的基本特性 9.1.1复合材料的概念 9.1.2复合材料的特点 9.1.2复合材料的分类 9.2常用复合材料 9.2.1纤维增强复合材料 9.2.2层合复合材料 9.2.3颗粒复合材料 9.3复合材料的成型工艺 9.4复合材料在设计中的应用
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料
碳-碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料
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9.1.3复合材料的分类
按增强体形态可分为连续纤维复合材料、短纤维（或晶须）复合材料、颗粒复合材料、编织物复合材 料
连续纤维复合材料：作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位 于复合材料的边界处。 短纤维复合材料：由短纤维（或晶须）无规则地分散在基体材料中 制成的复合材料。
碳纤维板
1k碳纤维制作的管
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
硼纤维：在金属丝上沉积硼而形成的无机纤维。通常用氢和三氯化硼
在炽热的钨丝上反应，置换出无定形的硼沉积于钨丝表面获得。一种耐高温 的无机纤维。
陶瓷 陶瓷
玻璃 玻璃
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9.1.2复合材料的特点
1、比强度（强度与密度之比）、比模 量高（弹性模量与密度之比）高。比强 度越大，材料自重越小：比模量越大， 材料的刚性越大。 2、良好的抗疲劳性能。 3、良好的减摩、耐磨性能。 4、减震能力强。 5、高温性能好。 6、复合材料的化学稳定性好。 7、成型工艺灵活简单。
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9.1.1复合材料的概念
复合材料历史 古代——近代——先进复合材料
天然复合材料
- 竹、贝壳，树木和竹子：纤维素和木质素的复合体 - 动物骨骼：无机磷酸和蛋白质胶原复合而成
古代：使用、效仿
- 半坡人——草梗合泥筑墙，且延用至今 - 漆器——麻纤维和土漆复合而成，至今已有四千年 - 敦煌壁画——泥胎、宫殿建筑里圆木表面披麻覆漆
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。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。
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9.2常用复合材料
9.2.1纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是复合材料中 应用最多、发展最快的一类复合 材料。它一般由高强度、高模量， 但脆性大的增强纤维和强度低、 模量低，但韧性好的基体组成。 增强纤维以纤维状物质或织物为 主，常用的由玻璃纤维、碳纤维 和硼纤维，还可采用金属纤维、 陶瓷纤维、化学纤维等，其中玻 璃纤维是最常用的增强纤维。 纤维增强复合材料的强化效果取 决于纤维的特性（强度和弹性模 量）、含量、长短、排列方式以 及基体本身的特性及两者界面间 的物理、化学作用特点。 为达到纤维增强的目的，应特别 注意如下有关强化问题。 1、增强纤维的强度及弹性模量 应比基体材料高，以保证复合材 料中承受外载荷者主要是增强纤 维。 2、基体和纤维的相容性好，高 温下不发生化学反应，基体不腐 蚀、损伤纤维。 3、基体和纤维要有一定的黏结 作用，而且应具有适当的结合强 度，以保证基体所受的应力能通 过界面传递给纤维。 4、纤维的排布方向应和构件受 力方向基本一致，以发挥纤维增 强作用。
据飞机回收协会估计，未来20年里，有 12000架飞机将要报废，其中包括目前正 在运营的和已经停飞的飞机，这意味着全 球航空业每年将回收越来越多的飞机。
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9.1.3复合材料的分类
复合材料一般由基体 相和强化相两部分材 料组成。基体材料起 黏结作用，增强材料 起强化作用。
纳米硼纤维钓竿其实也属于碳素钓竿，碳素过低太重，而碳素太高则使钓 竿发脆，经过高压滚压技术复合融合在碳纤维上，从而减轻了钓竿的重量， 使钓竿更轻，同时又提高了钓竿的强度和弹性。
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
颗粒复合材料：由微小颗粒状增强料分散在基体中制成的复合材料。
编制物复合材料：以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与 基体复合而成的材料。
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9.1.3复合材料的分类
按增强体形态可分为连续纤维复合材料、短纤维（或晶须）复合材料、颗粒复合材料、编织物复合材 料
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塑料：1大部分塑料耐热性差，热膨胀 率大，易燃烧；2尺寸稳定性差，容易 变形；3多数塑料耐低温性差，低温下 变脆；4容易老化；5某些塑料易溶于 溶剂。
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9.1.1复合材料的概念
增强材料： 玻璃纤维、 碳纤维、硼 纤维 基体： 塑料、树脂、 橡胶、金属
树脂：复合材料的树脂基体，目前以热固性树脂为主。
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9.1.1复合材料的概念
复合材料是指两种或两种以上不同 化学性质或不同组织结构的材料， 通过不同的工艺方法组成的多相材 料，一般是由高强度、高模量和脆 性很大的增强材料和强度低、韧性 好、低模量的基体所组成。
模量：该值的大小是表示此材料在外力作用下 抵抗弹性变形的能力。反比。 脆性：材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅 产生很小的变形即断裂破坏的性质。