复合材料制造工艺
复合材料成型工艺及应用
复合材料成型工艺及应用一、复合材料的概念复合材料是由两种或两种以上的材料组成，具有不同的物理和化学性质，经过一定的工艺方法制成一种新型材料。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维、芳纶纤维等。
二、复合材料成型工艺1.手工层叠法手工层叠法是最基本的复合材料成型方法，通常用于制作小批量产品。
该方法需要将预先剪裁好的纤维与树脂依次层叠，再通过压力和温度进行固化。
2.真空吸塑法真空吸塑法是将预先剪裁好的纤维与树脂放置在模具内，然后通过抽气将模具内外产生压差，使树脂浸润纤维，并在高温高压下进行固化。
3.自动化层叠法自动化层叠法是利用机器自动完成纤维和树脂的层叠，提高了生产效率和产品质量。
4.注塑成型法注塑成型法是将树脂加热至熔点后注入模具中，再通过高压将树脂注入纤维中，最后在高温下固化成型。
5.压缩成型法压缩成型法是将预先剪裁好的纤维和树脂放置在模具内，再通过压力将其压实，并在高温下进行固化。
三、复合材料的应用1.航空航天领域复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空航天领域得到广泛应用。
如飞机机身、翼面等部件都采用了复合材料制造。
2.汽车工业汽车工业也是复合材料的重要应用领域。
复合材料可以减轻汽车自重，提高汽车性能和燃油经济性。
3.建筑领域建筑领域也开始采用复合材料作为建筑结构材料，如玻璃钢屋面、墙板等。
4.体育器材体育器材如高尔夫球棒、网球拍等也采用了碳纤维等复合材料制造，提高了器材的性能和使用寿命。
5.医疗领域复合材料在医疗领域也得到了广泛应用，如人工关节、牙科修复等。
四、复合材料的优缺点1.优点：(1)轻质高强：比同体积的钢材强度高5-10倍，比重只有铝的1/4。
(2)耐腐蚀：不易受化学物质侵蚀。
(3)设计灵活：可以根据需要设计成各种形状和尺寸。
2.缺点：(1)制造成本较高：制造过程需要较高的技术和设备投入。
(2)易受损伤：复合材料容易产生微裂纹，一旦受到外力撞击，就会导致破坏。
五、结语复合材料作为一种新型材料，在各个领域得到了广泛应用。
复合材料的制造工艺与优化策略
复合材料的制造工艺与优化策略在当今科技高速发展的时代，复合材料凭借其优异的性能，在众多领域得到了广泛应用，从航空航天到汽车制造，从体育用品到医疗设备，复合材料的身影无处不在。
然而，要获得性能卓越、质量可靠的复合材料制品，其制造工艺的选择和优化至关重要。
复合材料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组合在一起而形成的一种新型材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料）、颗粒增强复合材料等。
这些复合材料通常具有比单一材料更出色的强度、刚度、耐腐蚀性等性能。
复合材料的制造工艺多种多样，常见的有以下几种：手糊成型工艺是一种较为传统且简单的制造方法。
工人将增强材料（如玻璃纤维布）铺放在模具表面，然后用刷子或喷枪将树脂涂抹在增强材料上，使其浸润并固化成型。
这种方法成本较低，适用于小批量、形状复杂的制品生产，但生产效率低，产品质量一致性较差。
喷射成型工艺则是将树脂和短切纤维同时喷射到模具上，然后固化成型。
它比手糊成型的效率高一些，但纤维长度较短，材料性能相对较弱。
模压成型工艺是先将预浸料（树脂预先浸渍在增强材料中）放入加热的模具中，然后施加压力使其固化成型。
这种工艺生产效率高，产品质量稳定，适用于大批量生产，但模具成本较高。
缠绕成型工艺主要用于制造圆柱形或球形的制品。
将连续的纤维束或带在控制张力的情况下缠绕在芯模上，同时涂覆树脂并固化。
这种工艺能够充分发挥纤维的强度，制品的强度和刚度较高。
拉挤成型工艺是将连续的纤维通过树脂槽浸渍树脂后，通过加热的模具拉挤成型。
该工艺生产效率高，产品性能稳定，适用于生产各种截面形状的型材。
在实际生产中，选择合适的制造工艺需要考虑多方面的因素，如产品的形状和尺寸、性能要求、生产批量、成本等。
例如，对于形状复杂、数量较少的产品，手糊成型可能是较为合适的选择；而对于大批量、性能要求高的产品，模压成型或拉挤成型则更为适合。
然而，仅仅选择合适的制造工艺还不够，还需要对制造工艺进行优化，以进一步提高产品质量、降低成本、提高生产效率。
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是由两种或更多种材料组合而成的材料，其具有优异的性能和特点，广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料的成型工艺是制造复合材料制品的关键环节之一，不同的复合材料需要采用不同的成型工艺。
1.手工层压法：将预先切割好的复合材料层压，通过手工操作来制作各种复材制品。
这种方法比较简单，适用于小批量生产和复杂形状的制品，但效率相对较低。
2.沉积法：将复合材料纤维按一定角度布置在模具中，然后通过注塑或浸渍等方式将树脂混合物或熔融金属填充至模具中，经固化或冷却后取出制成复材制品。
这种方法适用于生产中等规模的制品，具有较高的生产效率。
3.拉毛法：将纤维与树脂分别放置在两个模具中，然后通过拉拔的方法，使纤维与树脂相结合，形成复材制品。
这种方法适用于制造纤维增强塑料制品。
4.自动层压法：将预先切割好的复合材料通过自动层压机进行层压，该机器根据预先设定的程序，自动完成复合材料的层压过程，提高了生产效率。
5.真空吸气层压法：将纤维和树脂依次放置在模具中，然后通过抽气装置产生真空环境，使纤维和树脂充分接触并固化，最终得到复材制品。
这种方法适用于制造大型复材制品，可以提高产品的质量和性能。
6.热压成型法：将预先切割好的纤维和树脂放置在模具中，然后通过加热和压力使树脂固化，最终形成复材制品。
这种方法适用于制造较薄的复材板材。
7.包覆成型法：将纤维和树脂分别涂抹在模具表面上，然后通过挤压或滚压的方法，使纤维和树脂充分接触，形成复材制品。
这种方法适用于制造大型、复杂形状的复材制品。
8.精密成型法：通过机械或人工辅助来对复合材料进行定位、定厚、定形，然后进行固化，最终得到产品。
这种方法适用于制造高精度和高质量的复材制品。
除了上述的成型工艺，还有一些特殊的成型工艺，如搅拌铸造法、注塑法、喷涂法、压铸法等，它们都具有各自的优点和适用范围，可以根据具体的需求选择合适的成型工艺。
随着科学技术的发展，复合材料的成型工艺也在不断创新和完善，以满足不同行业对复材制品的需求，同时也提高了复材制品的质量和性能。
复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计
复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在各个领域得到广泛应用。
复合材料制造过程中的成型原理和模具设计起着至关重要的作用。
本文将探讨复合材料制造工艺中的成型原理以及与之相关的模具设计。
一、复合材料成型原理复合材料在成型过程中，可以选择多种方法，如手工制作、模压、拉伸成型、注塑等。
不同的成型原理适用于不同类型的复合材料。
下面将介绍几种常见的成型原理：1. 手工制作手工制作是一种常见的成型方法，适用于简单形状的复合材料制作。
成型过程中，可以使用刷涂法、浸渍法或者层叠法进行。
手工制作的优点是工艺简单，无需复杂的模具，适用于小批量生产或者样品制作。
2. 模压模压是一种常用的复合材料成型方法，适用于制作平面或者简单曲面的构件。
在模压过程中，需要将预浸料或者干布层叠压入模具中，然后通过压力和热固化使其成型。
模压可以分为开模压和闭模压两种形式，根据需要选择合适的模具。
3. 拉伸成型拉伸成型是制作复合材料板材或者管道的常用方法。
在拉伸成型过程中，需要将预浸料或者预浸布放置在拉伸机上，通过牵引力将其拉伸至所需尺寸，并通过加热或者热固化使其固化。
拉伸成型的优点是能够制作出较大的尺寸构件，并且具有较好的力学性能。
4. 注塑注塑是一种常见的成型方法，主要适用于复材的小型构件。
在注塑过程中，需要将预浸料加热至熔融状态，然后通过注射机将熔融料注入模具中，经过冷却固化成型。
注塑具有高效率、高精度的特点，可以制作出复杂形状的构件。
二、复合材料模具设计模具设计是复合材料制造中的重要环节，合理设计的模具能够提高生产效率和成品质量。
以下是一些常见的模具设计原则：1. 合理选择材料模具的选择应根据复合材料的成型温度、压力和化学性质等因素综合考虑。
模具材料应具有良好的耐热性、耐腐蚀性和机械强度，在长期高温、高压和化学介质的作用下不发生变形和破裂。
2. 确定模具结构模具结构的设计要考虑到复合材料的成型工艺和构件的尺寸要求。
复合材料 工艺
复合材料工艺复合材料是指将两种或两种以上的材料通过某种特定的工艺方式进行结合而形成新的材料。
它具有结构轻、强度高，耐腐蚀、耐磨、抗老化等一系列优点，成为现代工业中常用的新型材料。
复合材料可以广泛应用于飞行器、船舶、汽车、建筑、电子仪器等领域。
复合材料的制造工艺不仅影响到材料的性能，也影响到其成本。
因此，各种不同的工艺方法被设计出来以满足不同应用的需求和目标。
在本文中，我们将介绍几种常见的复合材料工艺。
一、手工层压法手工层压法是一种最古老、最简单的复合材料制造方法之一。
这种方法主要适用于小规模生产和简单的复合材料结构。
此法制造过程简单，无需大型设备和高技能的工人，可在较短时间内完成结构的生产。
但是，由于作用力和控制能力不足，这种方法无法制造大型、复杂的复合材料结构，因此在现代工业中使用还是有很大局限性的。
二、自动化层压法自动化层压法是一种新型的复合材料生产技术。
它主要采用机器和自动化设备，通过准确控制层压机的压力、时间和温度等参数来达到高精度的生产效果。
该技术适用于生产较复杂、高精度的复合材料结构，同时可保证制造质量和生产效率的稳定性和提高，因此被广泛应用于现代工业领域。
三、编织成型法编织成型法是一种将纤维通过编织技术制造出所需复合材料结构的方法。
这种方法生产的结构具有高强度、耐腐蚀性以及良好的外观效果。
由于可以使用不同材料的纤维进行编织，因此可以实现材料性质的优化。
此法适用于制造具有不规则形状的复合材料结构。
四、气体吹膜法气体吹膜法是将纤维通过吹膜技术制成连续的棒状材料。
所吹出的膜由于受到压缩以及摩擦的作用，使纤维之间产生摩擦和结合作用，形成一个同质性很好、强度高的复合材料结构。
气体吹膜法适合大量生产具有圆柱形、矩形等规则形状的复合材料。
五、激光绑定法激光绑定法是一种利用激光束将两种不同的材料融合在一起的方法。
通过激光束的高能量、高密度，材料表面反射回的能量可以熔化表面而将不同的材料结合在一起。
先进复合材料的制造工艺
先进复合材料的制造工艺哎，大家好呀！今天咱们聊聊一个挺酷的话题——先进复合材料的制造工艺。
听起来是不是有点儿高大上？别担心，咱们用最简单的方式来讲，保证你听了之后恨不得立马去了解更多。
复合材料是什么呢？简单说，就是把两种或两种以上的材料结合起来，发挥各自的优点，做出更牛的东西。
想想看，像咱们平常喝的果汁，加点儿冰块和其他水果，那味道不就是比单独的好得多嘛！复合材料也是这个道理，结合不同材料的特性，得到一种新的、更强的材料。
制造这些复合材料需要啥工艺呢？首先得有个合适的基础材料，通常是纤维，比如碳纤维、玻璃纤维之类的。
这些纤维可不是随便找的哦，得精挑细选，确保它们的强度和轻量化。
再说了，这些纤维可轻易地给整个材料增添不少强度，简直就是材料界的小钢炮。
你得准备个树脂，这东西可是复合材料的粘合剂，像是胶水一样把各种材料粘在一起。
这树脂可不是随便找的，得有好的性能，才能在高温和潮湿环境下也不出岔子。
听到这里，是不是觉得这过程有点儿像做饭？挑材料、调配比例，最后还得细心地把它们组合在一起，真是妙不可言。
好啦，咱们接下来讲讲具体的制造流程。
得把纤维按一定的方式铺好。
这可是一个艺术活，不仅要有耐心，还得有点儿创意。
然后，把混合好的树脂均匀地涂在纤维上，像是在给它们涂上美美的“外衣”。
这个过程得特别注意，不能多也不能少，正好合适才行。
要是树脂涂得不均匀，那可就糟了，最后成品可不一定如你所愿。
之后，就要进行固化了，哎，这可不是催促材料快点儿的意思哦，而是让树脂和纤维一起变得更牢固。
通常用热压或者真空等方法，保证材料在高温下保持稳定。
固化的过程就像是一场变魔术，材料在高温的“洗礼”下，变得坚不可摧。
经过这一系列的步骤，嘿，咱们就得到了强度和韧性兼备的复合材料。
听着是不是很激动？制造完了这些材料，接下来的检验也很重要。
得看这些材料能不能经得住各种考验，像是拉伸、压缩、耐热等各种测试。
就像考试一样，咱们的复合材料得确保在各种环境下都能“考得好”。
复合材料的制备方法
树脂传递模塑成型—优缺点
• 优点 • 1） 制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少； • 2） 闭模成型，生产环境好； • 3） 劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成
型低； • 4） 制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； • 5） 成型周期较短； • 6） 产品可大型化； • 7） 强度可按设计要求具有方向性； • 8） 可与芯材、嵌件一体成型 • 9） 相对注射设备与模具成本较低。 • 缺点 • 1） 不宜制作较小产品 • 2） 因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价
聚酯树脂 加热
固化
切
喷
引发剂 静态混合
割 喷
射 成
辊压
枪
型
促进剂
喷射成型工艺流程图
喷射工艺参数选择
• ①树脂含量 喷射成型的制品中，树脂含量 控制在60%左右。
• ②喷雾压力当树脂粘度为0.2Pa·s，树脂罐 压力为～时，雾化压力为～，方能保证组 分混合均匀
• ③喷枪夹角不同夹角喷出来的树脂混合交 距不同，一般选用20°夹角，喷枪与模具 的距离为350～400mm。改变距离，要高 速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面 处交集混合，防止胶液飞失。
第二阶段-中间保温阶段
• 这一阶段的作用是使胶布在较低的反应速 度下进行固化。保温过程中应密切注意树 脂的流胶情况。当流出的树脂已经凝胶， 不能拉成细丝时，应立即加全压。
第三阶段-升温阶段
目的在于提高反应温度，加快固化速度。 此时，升温速度不能过快，否则会引起 暴聚，使固化反应放热过于集中，导致 材料层间分层。
复合材料成型工艺及应用
复合材料成型工艺及应用引言复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的成型工艺对于材料的性能和应用具有重要影响。
本文将深入探讨复合材料成型工艺及其应用。
成型工艺1. 碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料是一种常见的复合材料，其成型工艺有以下几个步骤：1.原材料准备–碳纤维布预浸树脂–模具2.布料叠层–将预浸树脂的碳纤维布按照设计要求叠加在一起3.真空吸气–将叠层的碳纤维布放置在真空袋内–利用真空泵抽取袋内空气，将袋与布料牢固贴合4.热固化–将真空吸气后的碳纤维布置于热压机中进行热固化–在一定的温度和压力下，树脂固化和纤维之间形成牢固的结合2. 玻璃纤维复合材料成型工艺玻璃纤维复合材料是另一种常用的复合材料，其成型工艺包括以下步骤：1.玻璃纤维制备–将原始玻璃熔融并通过喷丝机进行拉伸成细长纤维2.纤维增强–将玻璃纤维与树脂混合物浸渍，使纤维饱和3.成型–将纤维增强的玻璃纤维复合材料放置在模具中–利用压力或真空将复合材料与模具表面充分接触4.固化–在一定的温度和时间下，树脂固化并与玻璃纤维形成牢固结合应用领域复合材料因其独特的性能，广泛应用于以下领域：1. 航空航天业复合材料在航空航天业中具有重要地位。
其轻量化和高强度的特性，使其成为航空器结构中的关键材料。
例如，飞机机翼、机身和尾翼等部件都采用碳纤维复合材料制造，以提高飞行性能和燃油效率。
2. 汽车工业复合材料在汽车工业中的应用越来越广泛。
通过使用复合材料，汽车的整体重量可以降低，燃油效率可以提高。
此外，复合材料还能提供更好的碰撞安全性能和外观设计自由度。
3. 建筑业复合材料在建筑业中的应用也越来越受欢迎。
由于其轻质、高强度和耐腐蚀性能，复合材料可以用于建筑结构、墙体和屋顶等部件的制造。
同时，复合材料还能提供独特的外观效果，满足建筑设计的需求。
4. 化工工业复合材料在化工工业中的应用主要体现在储罐、管道和设备等方面。
复合材料的制造技术和应用
复合材料的制造技术和应用近年来，复合材料在各个领域中的应用越来越广泛，成为工业领域的一项重要技术。
复合材料是一种由两种或两种以上不同种类的材料复合而成的新型材料，具有很好的物理性能和机械性能。
下面将从制造技术和应用两方面来详细介绍复合材料。
一、复合材料的制造技术复合材料的制造技术种类繁多，主要包括手工制作、压塑、注塑和自动化制造。
1.手工制作手工制作是最简单的一种制造技术，主要适用于小型的复合材料制品的生产。
利用人工将复合材料制品逐步制作而成。
这种方法的好处在于工具简单，能够节省一部分生产成本。
2.压塑压塑是一种主要适用于大型的复合材料制品的生产。
与手工制作相比，它具有更高的效率，可以大量生产相同尺寸的制品。
压塑的过程需要先将树脂和被强化材料固化在一起，随后把这个材料片放入压力机中，在高温下进行热压处理。
这样的操作既能保证复合材料固化的程度，还能确保材料的厚度与密度的均匀性。
3.注塑注塑是一种先进的复合材料制造技术。
这种方法适用于制作异形及精密方法等需要高精度的产品，如桥梁、飞机和汽车等。
制造工艺是在高温下将树脂和被强化材料混合，然后将其注塑到模具中，在压力和温度下进行变形。
这个过程可以使复合材料被铸造成为具有良好机械性能和高耐用性的成品。
4.自动化制造自动化制造技术被广泛应用于大型企业中。
这种方法利用机械化设备，对复合材料的生产制造进行自动化处理。
同样的，这个过程可以确保高品质的制品。
它通常使用在生产复材船体、飞机翼和汽车车架等大型复合材料制品。
二、复合材料的应用复合材料适用于广泛的应用领域，包括汽车、航天、建筑、体育设备和船舶等。
1.汽车工业在汽车制造中，复合材料被用来制造一些轻型件，如车顶、车身和车门等。
复合材料的轻量化和高强度的特性可以获得更好的动力输出效果，使得汽车更加经济和环境友好。
2.航天工业复合材料在航天工业中的应用领域也很广泛。
它们可以用于制造火箭、卫星和飞机部件等。
复合材料具有轻重比优良和耐高温性能特性，在航空航天领域中能够更加突出 advantages。
mfp复合材料加工工艺
mfp复合材料加工工艺MFP复合材料加工工艺随着现代科技的发展，复合材料在各个领域中得到了广泛应用。
MFP 复合材料是一种常见的复合材料，其加工工艺对于最终产品的质量和性能至关重要。
本文将介绍MFP复合材料的加工工艺，并探讨其应用和发展前景。
一、MFP复合材料的特点MFP复合材料是由纤维增强材料和基体材料组成的复合材料。
纤维增强材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等。
MFP复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨损等特点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
二、MFP复合材料的加工工艺1. 预处理：对纤维增强材料进行处理，包括去除杂质、表面处理等。
2. 基体制备：选择合适的基体材料，进行制备和调配。
3. 纤维增强：将纤维增强材料与基体材料进行混合，使其均匀分布。
4. 成型：采用注塑、压缩成型、拉伸成型等方法将混合物制成所需形状。
5. 固化：通过加热或添加固化剂等方式，使混合物固化成为具有一定强度和刚度的复合材料。
6. 表面处理：对固化的复合材料进行表面处理，包括打磨、涂层等。
7. 检验和测试：对成品进行检验和测试，确保其质量和性能符合要求。
三、MFP复合材料的应用MFP复合材料在航空航天领域中得到了广泛应用，用于制造飞机、火箭等载具。
由于MFP复合材料具有重量轻、强度高的特点，可以减轻载具的重量，提高其性能和燃油效率。
在汽车领域，MFP复合材料可以用于制造车身、悬挂系统等部件，提高汽车的安全性和燃油效率。
MFP复合材料还可以应用于船舶、建筑、体育器材等领域，用于制造船体、建筑结构、高尔夫球杆等产品。
四、MFP复合材料加工工艺的发展前景随着科技的不断进步，MFP复合材料的加工工艺也在不断改进和创新。
目前，一些新的加工技术和设备正在被引入到MFP复合材料的生产中，如3D打印、自动化生产线等。
这些新技术和设备将进一步提高MFP复合材料的加工效率和质量。
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复合材料制造工艺第一章概述材料是人类赖以生存和开展的物质根底.20世纪70年代人们把材料、信息、能源作为社会文明的支柱；80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料与信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志.这主要是由于材料是国民经济建设、国防建设与人民生活所不可须臾缺少的重要组成局部.复合材料作为材料科学中一枝独立的新的科学分支,已经得到了广泛的重视,正日益开展并在许多工业部门中得到广泛运用,成为当今高科技开展中新材料开发的一个重要方面.鉴于材料的重要的根底地位和作用,每一次科学技术的突飞猛进,都对材料的性能提出了越来越高、越来越严和越来越多的要求. 现如今在许多方面,传统的单一材料已经不能满足实际需要,在这种情况下,人们以其充满智慧的头脑将材料的新的开展方向伸向一个更加广阔的领域一一复合材料.本文就将对复合材料的根本概念、加工中的理论问题、制备工艺与方法和典型的应用加以阐述,希望能够比拟全面的对复合材料做一个介绍.首先我们来给复合材料下一个明确的定义.根据国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)为复合材料下的定义,复合材料(Compose Material)是由两种或者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.复合材料的组份材料虽然保持其相对独立性,但是复合材料的性能却不是组份材料性能的简单加和,而是有着重要的改良.在复合材料中通常有一相为连续相〔称为基体〕,而另一相为分散相〔增强材料〕.分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的.两相之间存在着相界面,分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料.复合材料的出现和开展,是现代科学技术不断进步的结果,也是材料设计方面的一个突破.它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点,根据需要设计,复合成为综合性能优异的新型材料.可以预见,如果用材料作为历史分期的依据,那么,继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后,在21世纪,将是复合材料的时代.在概述的余下一些篇幅中,我们来大致了解一下关于复合材料的一些根本内容.一、复合材料的命名和分类复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名.将增强材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,再加上“复合材料〞即为材料名.为书写简便,也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称, 中间加一条斜线隔开,后面再加“复合材料〞.有时为了突出增强材料或者基体材料,视强调的组份不同也可将不需强调的局部加以省略或简写.复合材料的分类方法很多,常见的分类方法有以下几种:a.按增强材料形态分：连续纤维复合材料,短纤维复合材料, 粒状填料复合材料,编织复合材料b.按增强纤维种类分类：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, 混杂复合材料〔复合材料的“复合材料〞〕c.按基体材料分类：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,d.按材料作用分类：结构复合材料,功能复合材料二、复合材料的根本性能复合材料是由多相材料复合而成,其共同特点为：〔1〕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,可防止屡次加工的工序.由于复合材料性能受许多因素的影响,不同的复合材料性能不同,就是同一类复合材料的性能也不是一个定值,故在此处给出一些主要性能：I聚合物基复合材料i〕比强度,比模量大.ii〕耐疲劳性能好.出〕减震性好.IV〕过载时平安性能好.V〕具有多种功能性,耐烧蚀性能,摩擦性能好,电绝缘性能高,耐腐蚀性能优良,有特殊的光学、电学、磁学特性.Vi〕有很好的加工工艺性.II金属基复合材料i〕高比强度,高比模量.ii〕导热、导电性能高.出〕热膨胀系数小,尺寸稳定性好.V〕良好的高温性能.V〕耐磨性好.V〕良好的抗疲劳性能和断裂韧性.而〕不吸潮,不老化,气密性好.III陶瓷基复合材料强度高,硬度大,耐高温,抗氧化,高温下抗磨损性好,耐化学腐蚀性优良,热膨胀系数和比重较小,制成复合材料以后抗弯强度高,断裂韧性高.W水泥基复合材料压缩强度、热能方面性能优异,制成复合材料以后抗拉性能和耐腐蚀性能增强,重量降低.通过以上的一些表达,我们对复合材料的一些根本点有了初步的了解,下面就进入正题,对复合材料的制造工艺进行一些探讨.第二章加工中的理论问题在这一章中,我们将从基体与增强材料的选择、复合材料的界面以及增强材料的外表处理等方面入手,掌握一些复合材料加工的根本原理,以便对以后的工艺和技术的使用有一个理论根底.一、基体与增强材料的选择由于基体材料的不同,我们有必要将这些材料分开论述.首先来看一下金属基复合材料的基体选择.金属基复合材料构〔零〕件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据.在不同技术领域和不同的工况条件下对于复合材料构件的性能要求有很大的差异.应当根据不同的情况选择不同的复合材料基体.在航天、航空技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求.宜选用密度小的轻金属合金作为基体.高性能发动机那么要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能外,还要求复合材料具有优良的耐高温性能,能在高温、氧化性气氛中正常工作,需选用钛基、镍基合金以及金属间化合物做基体材料.汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等,同时又要求本钱低,适合批量生产,那么使用铝合金做基体材料.工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板.选用具有高导热率的Ag、Cu、Al等金属为基体.由于增强物的性质和增强机理的不同,在基体材料的选择原那么上有很大差异.对于连续纤维增强金属基复合材料,纤维是主要承载物体,其本身具有很高的强度和模量,而金属基体的强度和模量远远低于纤维的性能,故在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主,基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性,而并不要求基体本身有很高的强度.但对于非连续增强〔颗粒、晶须、短纤维〕金属基复合材料,基体是主要承载物,其强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响.故要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体,这与连续纤维增强金属基复合材料基体的选择完全不同.选择基体时应充分注意与增强物的相容性〔特别是化学相容性〕, 并考虑到尽可能在金属基复合材料成型过程中,抑制界面反响.由于金属基复合材料需要在高温下成型,所以在金属基复合材料制备过程中金属基体与增强物在高温复合过程中,处于高温热力学不平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反响,在界面形成脆性的反映层,对复合材料的强度影响很大.再者,由于基体金属中往往含有不同类型的合金元素,Me与增强物的反响程度和生成的反响物都不同, 须在选用基体合金成分时充分考虑.接下来看无机胶凝材料,无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等.其中研究和应用最多的是纤维增强水泥基增强塑料.我们就来看看水泥基材料的特征：〔1〕水泥基体为多孔体系,孔隙尺寸1〜102埃.其存在不仅会影响基体本身的性能,也会影响纤维与基体的界面粘接.〔2〕纤维与水泥的弹性模量比不大,在纤维增强水泥复合材料中应力的传递效应远不如纤维增强树脂.〔3〕水泥基材的断裂延伸率较低,在纤维尚未从水泥基材中拔出拉断前,水泥基材即行开裂.〔4〕水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料,与纤维成点接触,故纤维的掺量受到很大限制.〔5〕水泥基材呈碱性,对金属纤维可起保护作用,但对大多数矿物纤维不利.水泥基体的水化过程相当复杂,物理化学变化多样.由于篇幅有限,故在此略过不述.第三,我们看看陶瓷材料,陶瓷使金属和非金属元素的固体化合物,其键合为共价键或离子键,与金属不同,它们不含有大量电子. 劣势和优势同样明显.在陶瓷基复合材料诞生后,陶瓷的优势被保存, 同时其劣势由于增强材料的参加又被弥补了,使陶瓷材料进入了新的开展领域.用作基体材料使用的陶瓷一般应具有耐高温性质、与纤维或晶须之间有良好的界面相容性以及较好的工艺性能等.常用的陶瓷基体主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷等.另外一类重要的基体是聚合物基体,顾名思义,此基体的主要组分是聚合物.其种类多样,常用的有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物.各组分的作用和关系都十分复杂.一般来说有三种主要作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响.由于没有在本系中涉及此类材料,所以简略说明,假设必要可参看参考资料.纤维在复合材料中起增强作用,是主要的承力组分.主要分为：1.玻璃纤维及其制品：具有一些列优良性能,拉伸强度高、防火防霉防蛀、耐高温和电绝缘性能好,除对HF、浓碱、浓磷酸外, 对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性.缺点是具有脆性、不耐磨、对人的皮肤有刺激性等.2.碳纤维：比重在1.5〜2.0之间,热膨胀系数有各向异性的特点,导热有方向性,比电阻与纤维类型有关,耐上下温性能良好,除能被强氧化剂氧化外,对一般酸碱是惰性的,耐油、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子.3.芳纶纤维〔有机纤维〕：拉伸强度高,弹性模量高,密度小, 热稳定性高,热膨胀系数各向异性,有良好的耐介质性能,但易受各种酸碱的侵蚀,耐水性不好.4.其他纤维：由碳化硅纤维、硼纤维、晶须、氧化铝纤维等.以上基体和增强材料的结合运用,能使人们根据自己的要求制造出特种复合材料,在物质根底上满足人们的需要.二、复合材料的界面及增强材料的外表处理复合材料的界面指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载和传递作用的微小区域.一般可将界面的机能归纳为：传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应、诱导效应. 界面上产生的这些效应,是任何一种单体材料所没有的特性,它对复 合材料具有重要作用.界面的效应既与界面结合状态、形态和物理- 化学性质等有关,也与界面两侧组分材料的浸润性、相容性、扩散性 等密切相联. 复合材料中的界面并不是单纯的几何面,而是一个多层结构的过 渡区域,界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始,直到与树 脂基体内整体性质相一致的点间的区域.此区域的结构与性质都不同 于两相中的任一相,从结构来分,这一界面区有五个亚层组成〔图 2-1〕,每一亚层的性能均与树脂基体和增强基的性质、偶联剂的品种 和性质、复合材料的成型方法等密切相关.由于界面尺寸小且不均匀,化学成分基结构复杂,力学环境复杂, 及对于成分和相结构也很难做出全面分析.因此迄今为止对复合材料 界面的熟悉还是很不充分,更谈不上一个通用的模型来建立完整的理 论.所以对于界面只能简单罗列一下各个理论.对于聚合物基复合材料界面,其界面形成分为两个阶段：1.基体 与增强纤维的接触与浸润过程；2.聚合物的固化阶段.目前有的理论 为：界面浸润理论；化学键理论；物理吸附理论；变形层理论；拘束 层理论；扩散层理论；减弱界面局部应力作用理论.对于金属基复合材料的界面,比聚合物基复合材料复杂的多.表 2-1列出金属基复合材料界面的几种类型.其中,I 类界面是平整的, 厚度仅为分子层的程度,除原组成成分外,界面上根本不含其他物质;广外出切I 2-周.寤驻际I 十掂体出面 区I4一周立港建区I K 博野利外表区 图界面区域示息图II类界面是由原组成成分构成的犬牙交错的溶解扩散型界面;III类界面那么含有亚微级左右的界面反响物质〔界面反响层〕.表2-1金属基纤维复合材料界面的类型界面类型还与复合方法有关.金属基纤维复合材料的界面结合可以分成以下几种形式：〔1〕物理结合；〔2〕溶解和浸润结合；〔3〕反应结合.在实际情况中,界面的结合方式往往不是单纯的一种类型.与聚合物基复合材料相比,耐高温是金属基复合材料的主要特点.因此,金属基复合材料的界面能否在所允许的高温环境下长时间保持稳定是非常重要的.影响界面稳定性的因素包括：高温条件下增强纤维与基体之间的熔融；复合材料在加工和使用过程中发生的界面化学作用.此外,在金属基复合材料结构设计中,除了要考虑化学方面的因素外,还应注意增强纤维与金属基体的物理相容性.再看陶瓷基复合材料的界面.其中增强纤维与基体之间形成的反应层质地比拟均匀,对纤维和基体都能很好的结合,但通常是脆性的. 因增强纤维的横截面多为圆形,故界面反响层常为空心圆筒状,其厚度可以限制.当反响层到达某一厚度时,复合材料的抗张强度开始降低,此时反响层的厚度可定义为第一临界厚度.假设反响层厚度继续增大,材料强度亦随之降低,直至达某一强度时不再降低,这时反响层厚度成为第二临界厚度.接下来我们对于不同的增强材料的外表处理做一个讨论：玻璃纤维：本世纪40年代初期开展起来的玻璃纤维增强塑料即玻璃钢,具有质轻、高强、耐腐蚀、绝缘性好等优良性能,已经被广泛应用于航空、汽车、机械、造船、建材和体育器材等方面.玻璃纤维的外表状态及其与基体之间的界面状况对玻璃纤维复合材料的性能有很大影响.玻璃纤维的主要成分是硅酸盐.通常玻璃纤维与树脂的界面粘结性不好,故常采用偶联剂涂层的方法对纤维外表进行处理.用外表处理剂处理玻璃纤维的方法,目前采用的有三种：前处理法、后处理法、迁移法.碳纤维：由于碳纤维本身的结构特征,使其与树脂的界面粘结力不大,因此用未经外表处理的碳纤维制成的复合材料其层间剪切强度较低.可用于碳纤维外表处理的方法较多,有：氧化、沉积、电聚合与电沉积、等离子体处理等.Kevlar纤维：与碳纤维相比,适于此纤维外表处理的方法不多, 目前主要是基于化学键理论,通过有机化学反响和等离子体处理,在纤维外表引进或产生活性基团,从而改善纤维与基体之间的界面粘结性能.超高分子量聚乙烯纤维：有一种力学性能优异的高强高模纤维. 由于无机性基因,故很难与基体形成良好的界面结合,影响了复合材料的整体力学性能.目前交常用的改型方法为等离子体处理.金属纤维：对于金属基复合材料,外表处理的目的主要是改善纤维的浸润性和抑制纤维与金属基体之间界面反响层的生成.第三章制备工艺与方法在上一章中,我们比拟全面概括地说明了复合材料在加工过程中的一些原理.能给我们在这一章对加工工艺和设备的讨论中提供一些理论根底.在接下来的这一章中,我们来看看复合材料的加工工艺与设备.一、聚合物基复合材料成型加工技术复合材料的性能在纤维与树脂体系确立以后,主要决定适于成型固化工艺.所谓成型固化工艺包括两方面的内容,一是成形,就是将预浸料根据产品的要求,辅置成一定的形状,一般就是产品的形状.二是进行固化,这就是使一铺置成一定形状的叠层预浸料,在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来,并能到达预计的性能要求.复合材料及其制件的成型方法,是根据产品的外形、结构与使用要求,结合材料的工艺性来确定的.从20世纪40年代聚合物及复合材料及其制件成型方法的研究与应用开始,随着聚合物及复合材料工业迅速开展和日渐完善,新的高效生产方法不断出现,已在生产中采用的成型方法有：［1］手糊成型一湿法铺层成型.［2］真空袋压法成型.［3］压力袋成型.成型.［4］树脂注射和树脂传递成型.［5］喷射成型.成型.［6］真空辅助树脂注射成型.制成型.［7］夹层结构成型.状膜塑料热冲压成型.［8］模压成型.成型.上述［9］、［10］、［15］为热塑性树脂基复合材料成型工艺,分别［9］注射成型. ［10］挤出成型. ［11］纤维缠绕［12］拉挤成型. ［13］连续板材［14］层压或卷［15］热塑性片［16］离心浇铸适用于短纤维增强和连续纤维热塑性复合材料两类.在这些成型方法中大局部使用已较普遍,在此对一些成型工艺作简单的介绍.随着科学技术的开展,复合材料及其制件的成型工艺将向更完善更精密的方向开展.1.手糊工艺手糊工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法.其工艺过程是先在磨具上涂刷含有固化剂的图3 1 手糊成型工艺流程树脂混合物,再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物,用刷子、压辊或刮刀压挤织物,使其均匀浸胶并排除气泡后,再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物,反复上述过程直至到达所需厚度为止.然后,在一定压力作用下加热固化成型〔热压成型〕,或者利用树脂体系固化释放出的热量固化成型〔冷压成型〕,最后唾沫得到复合材料制品,其工艺流程如图3-1所示：手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法.虽然所占比重呈下降趋势,但仍不失为主要成型工艺.其优点为：[1]手糊成型不受产品尺寸和形状限制,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]工艺简便.[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]制品树脂含量较高,耐腐蚀性好.同时,手糊成型也有缺点：生产效率低,劳动强度大,劳动卫生条件差.产品质量不易限制,性能稳定性不高.产品力学性能较低.2.模压成型工艺模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂都是用的纤维复合材料成型方法.将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入敞开的金属对模中,闭模后加热使其熔化,并在压力作用下充满模腔, 形成与模腔相同形状的模制品,再经加热使树脂进一步发生交联反响而固化,或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合材料制品.模压成型工艺是一种古老的工艺技术,生产效率较高,制品尺寸准确,外表光洁,多数结构复杂的制品可一次成型,无须有损制品性能的二次加工,制品外观及尺寸的重复性好,容易实现机械化和自动化,但是磨具设计制造复杂,压机及模具投资高,制品尺寸受设备限制,一般只适合制造批量大的中小型制品.3. RTM成型工艺树脂传递模塑为Resin TransferMolding,简称RTM.它是一种闭模成型的工艺方法,其根本工艺过程为：将液态热固性树脂〔通常为不饱和聚酯〕及固化剂,由计量设备分别从储桶内抽出,经静态混合器混合均匀,注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内,经固化、脱模、后加工而制成制品.RTM 与其他工艺的关系如图3-2所示.4 .其他工艺由于篇幅有限,此处只能列出另外两种工艺的流程. I 装璃纤维无捻粗纱I , 模具| 聚酯树脂|-引发剂|乂静因昆合|―溜翦|~~搐副—>®£]~~ 促进剂I图喷■射成型工艺抗程喷射成型工艺流程如图3-3,连续缠绕成型工艺流程如图3-4.另外提一下挤出成型工艺.挤出成型工艺是热塑性复合材料的成 型方法.主要包括加料、塑化、成型、定型四个过程.挤出成型需要 完成粒料输运、塑化和在压力作用下使熔融物料通过机头口模获得所 要求的断面形状制品.与此同时,外部热源与和物料摩擦热使料粒受 热塑化,变成熔融粘流态,凭借螺杆推力,定量地从机头挤出. 纱团 掘法鲤绕成型工艺 胶液配置浸胶张力限制纵,环同缠毙芯模制造固化脱模打模喷灌1■[.1 成品 图3・4漉空工艺流程图E13-5 口二曜「叮喷等沈织匚左要置,示意图 1.庭相金■图]1-容备了就化应第苞肥金 事部T 克懦带性气田忱和用士用雾沆质空t- 情动阑品-也填百排工口 门-收立手.1,嗖,诜横隹 坡4,限墓外3Q 喳嘴,!■】•炉f ・g WI->1®—二、金属基复合材料成型加工技术金属基复合材料的成型加工技术因基体材料的不同而不同,一般有以下几种铸造方法：压力铸造法、机械搅拌法、喷射分散法、离心 铸造法、中间合金法、涂覆铸造法、渗透铸造法.喷射分散法：一般用于航空航天工业.用粉末冶金工艺,铝和铝 锂复合材料通过充填陶瓷颗粒可以提升强度、模量和耐热性.Cospray 工艺是在威尔士大学于1969年前推出的Cosprey 工艺的根底上开展 出来的.后者是将熔融的铝喷到模板上,集聚沉积成锭块,而新工艺 那么可使整块锭的性能保持恒定.通过对整个喷雾沉积过程进行限制, 可以制造出具有均匀一致的显微结构的材料,并可使增强颗粒在铝复 合材料中分布的均匀一致.铸造凝固复合法是在基体处于熔融状态下进行的复合的方法,主 要有铸造法、加压或非加压含浸法以及原生〔in-situ 〕复合法.粉末冶金复合法是颗粒强化复合材料的最常用的制备方法.其工 s s-r 拒能联录卡图制品「戒机加丁工坯Iffl 3-6 蜡末僧金复合法的工艺过程。