選修2蘇教版4.3復(fù)合材料的制造教案1.doc

復(fù)合材料的制造授課題目：第一章 總論教學(xué)目的與要求：熟悉復(fù)合材料的概念，了解材料的分類，掌握不同復(fù)合材料的性能比較以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：不同復(fù)合材料的性能比較。難點(diǎn)：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。教學(xué)基本內(nèi)容：1. 復(fù)合材料的發(fā)展概況2. 復(fù)合材料的命名和分類3. 復(fù)合材料的基本性能4. 復(fù)合材料的設(shè)計(jì)教學(xué)方法及手段：用多媒體課件演示教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生有一個(gè)具體、清晰的認(rèn)知。小結(jié)： 了解復(fù)合材料是獨(dú)立于其他三大固體材料（金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料）的第四種材料。1.1復(fù)合材料（composite material）的發(fā)展概況信息、生命和材料是新技術(shù)革命的三大分支。材料學(xué)分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料和高分子材料三大基本類型尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，對材料性能提出了越來 越高的要求，傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足實(shí)際需要，復(fù)合材料可以結(jié)合不同單一類型材料的性能優(yōu)點(diǎn)從而達(dá)到新的使用性能，對復(fù)合材料的需求越來越大，相應(yīng)的研究也越來越多。1.1.1復(fù)合材料的概念復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的一種多相固體材料。在復(fù)合材料中，通常有一相為連續(xù)相，稱為基體; 另一相為分散相，稱為增強(qiáng)材料。分散相是以獨(dú)立的形態(tài)存在于連續(xù)相中，兩相之間存在相界面，分散相可以是增強(qiáng)纖維，也可以是顆?；驈浬⒌奶盍稀?.1.2復(fù)合材料的意義復(fù)合材料中各組分之間取長補(bǔ)短的協(xié)同作用，極大地彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了組成它的單一相所不具有的新性能。復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果，也是材料設(shè)計(jì)方面的一個(gè)突破。它綜合了各種單一材料的優(yōu)點(diǎn)，按需要設(shè)計(jì)、復(fù)合成為綜合性能優(yōu)異的新型材料。未來一方面新的單一材料不斷涌現(xiàn)，另一方面，各種復(fù)合材料將會(huì)越來越多，以滿足不斷發(fā)展的社會(huì)需要。1.1.3復(fù)合材料的發(fā)展歷史常用復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料：低性能樹脂基復(fù)合材料高性能樹脂基復(fù)合材料金屬基和陶瓷基復(fù)合材料1940年代：玻璃纖維復(fù)合材料出現(xiàn)，1960年代，纖維復(fù)合材料技術(shù)趨于成熟，取代了很多金屬材料1970年代，耐熱纖維與金屬、特別是輕金屬的復(fù)合：金屬基復(fù)合材料1980年代，陶瓷基復(fù)合材料金屬間化合物與合金的差別。1.2復(fù)合材料的命名和分類1.2.1 命名根據(jù)增強(qiáng)材料和基體材料的名稱來命名。將增強(qiáng)材料的名稱放在前面，基體本材料的名稱放在后面中，再加上“復(fù)合材料”如：玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料也可以在兩者之間加隔線：碳/金屬復(fù)合材料1.2.2 分類1）按增強(qiáng)材料形態(tài)分類（1）連續(xù)纖維復(fù)合材料（2）短纖維復(fù)合材料：（3）粒狀填料復(fù)合材料：（4）編織復(fù)合材料；2）按增強(qiáng)纖維種類分類（1）玻璃纖維復(fù)合材料（2）碳纖維復(fù)合材料：（3）有機(jī)纖維復(fù)合材料：（4）金屬纖維復(fù)合材料（5）陶瓷纖維復(fù)合材料混雜復(fù)合材料：用兩種或兩種以上的纖維增強(qiáng)同一基體制成的復(fù)合材料（hybrid composite materials）3) 按基體材料分類（1）聚合物基復(fù)合材料（2）金屬基復(fù)合材料（3）無機(jī)非金屬基復(fù)合材料4）按材料作用分類（1）結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（2）功能復(fù)合材料還有同質(zhì)和異質(zhì)復(fù)合材料：增強(qiáng)與基體材料屬于同一種物質(zhì)的為同質(zhì)，復(fù)合材料大多為異質(zhì)。1.3 復(fù)合材料的基本性能復(fù)合材料的共同特點(diǎn)是：（1） 可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有多種性能玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料：鋼材的強(qiáng)度，塑料的絕緣性和耐腐蝕性（2） 可按對材料性能的需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制造。（3） 可制成所需的任意形狀的產(chǎn)品，避免多次加工工序其中性能的可設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料最大的優(yōu)點(diǎn)。1.3.1聚合物基復(fù)合材料的主要性能1）比強(qiáng)度、比模量大（見表1.1）：因比重小2）耐疲勞性能好：內(nèi)部相界面可阻止裂紋擴(kuò)展3）減震性好：因比模量大，自振頻率高，內(nèi)相界面吸波，使振動(dòng)阻尼高4）過載安全性好5）具有多種功能性（p4）6)有很好的加工工藝性1.3.2 金屬基復(fù)合材料的主要性能1）高比強(qiáng)度，高比模量構(gòu)件重量輕、剛性好、強(qiáng)度高，是航天、航空領(lǐng)域理想的結(jié)構(gòu)材料。2）導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好3）熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好：因加入了低或負(fù)熱膨脹系數(shù)纖維以抵消金屬的熱膨脹性。碳，硼纖維等的低熱膨性。4）良好的高溫性能：添加的纖維或陶瓷粒是耐溫很好的材料。整體與高分子比高溫性能好得多。5）耐磨性好6）良好的疲勞性能和斷裂韌性7）不吸潮、不老化、氣密性好1.3.3 陶瓷基復(fù)合材料的主要性能強(qiáng)度高，硬度大，耐高溫、抗氧化、 高溫下抗磨性好、耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對密度都較小。用高強(qiáng)度，高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，其高溫強(qiáng)度和韌性可大大提高。1.3.4 水泥基復(fù)合材料的主要性能高壓縮強(qiáng)度、耐熱性好，但抗拉伸強(qiáng)度低1.3.5不同復(fù)合材料的性能比較在使用溫度和材料硬度方面，三類復(fù)合材料有著明顯的區(qū)別是：樹脂基：60-250，金屬基：400-600，陶瓷基：1000-1500，硬度也依次遞增，耐老化性亦然。導(dǎo)熱性順序則是：金屬基（50-65w/(mk)）陶瓷基（0.7-3.5w/(mk)）樹脂基（0.35-0.45w/(mk)）耐化學(xué)腐蝕性：陶瓷基樹脂基金屬基制造工藝復(fù)雜性：陶瓷基金屬基樹脂基1.4 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.4.1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)對于纖維增強(qiáng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，從固體力學(xué)角度，其結(jié)構(gòu)分為三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：一次結(jié)構(gòu)：基體和增強(qiáng)材料組成的單層結(jié)構(gòu)；二次結(jié)構(gòu)：由單層結(jié)構(gòu)層合而成的層合體，其力學(xué)性能決定于單層體材料的力學(xué)性能和鋪層幾何三次結(jié)構(gòu)：指工程結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將單層材料作為結(jié)構(gòu)來分析，必須研究材料的多相性其各相材料的相互關(guān)系。這種研究方法叫微觀力學(xué)方法，以預(yù)示材料的宏觀力學(xué)性能。它解釋機(jī)理，發(fā)掘材料本質(zhì)。宏觀力學(xué)方法：假定單層材料是均勻的，將各相材料的表現(xiàn)當(dāng)作復(fù)合材料的平均表現(xiàn)性來考慮，相應(yīng)的材料參數(shù)稱為表觀參數(shù)。1.4.2復(fù)合材料的設(shè)計(jì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)分為三個(gè)層次：單層材料設(shè)計(jì)、鋪層設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須同時(shí)進(jìn)行。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析理論和力學(xué)分析理論為基礎(chǔ)，三者有機(jī)統(tǒng)一，不可分割。第二章 復(fù)合材料的基體材料2.1 金屬材料1）航空、航天、電子、汽車及先進(jìn)武器系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對金屬基復(fù)合材料提出了要求如航天技術(shù)對輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的要求非常強(qiáng)烈。大規(guī)模集成電路對電子封裝材料要求低熱膨脹而高熱傳導(dǎo)。單一的金屬、陶瓷及高分子材料都難以滿足相關(guān)要求。高強(qiáng)度、高模量的硼、碳纖維增強(qiáng)鋁基、鎂基復(fù)合材料，既保留了鋁、鎂合金的輕質(zhì)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，又充分發(fā)揮了增強(qiáng)纖維的高強(qiáng)度、高模量，獲得高比強(qiáng)度、高比模量、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、熱膨脹系數(shù)小的金屬基復(fù)合材料。2）金屬基復(fù)合材料中基體的成分多大于增強(qiáng)材料，故基體的選擇對復(fù)合材料的性能有決定性的作用。金屬基體的密度、強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、耐熱性、抗腐蝕性等均影響復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比剛度、耐高溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等性能2.1.1 基體的選擇原則1）金屬基復(fù)合材料的使用要求（1）航空航天材料要求輕質(zhì)高強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定。故而選取輕質(zhì)的鎂合金和鋁合金作為基體，與高強(qiáng)度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成復(fù)合材料，可用于航天飛行器和衛(wèi)星的構(gòu)件。（2）高性能發(fā)動(dòng)機(jī)則要求在高溫下保持化學(xué)穩(wěn)定及好的力學(xué)性能，常選擇碳化硅/鈦、鎢絲鎳基超合金復(fù)合材料用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片轉(zhuǎn)軸等重要部件。（3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中要求其零件耐熱、耐磨、導(dǎo)熱，而且要成本低廉，故選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維復(fù)合（4）集成電路封裝材料要求高散熱、低膨脹的金屬基復(fù)合材料，則選高散熱的銀銅鋁為基體，選低膨脹高強(qiáng)度的石墨纖維、金剛石纖維等作為增強(qiáng)材料經(jīng)綜合二者的性能。2）金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)由于增強(qiáng)物的性質(zhì)及增強(qiáng)機(jī)理的不同，在基體的選擇原則上有很大差別。對連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，纖維本身有很大的強(qiáng)度，是力的承載體，而金屬基的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于纖維，故而要求與纖維有很好的相容性的基體，這時(shí)選取強(qiáng)度大的金屬基體得到的復(fù)合材料強(qiáng)度可能反而不行。如碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料就是實(shí)例。對于非連續(xù)增強(qiáng)（顆粒、晶須和短纖維等）金屬基復(fù)合材料，基體是主要承載物，基體的強(qiáng)度對復(fù)合材料的強(qiáng)度具有決定性的影響。所以要獲得高強(qiáng)復(fù)合材料就得選取高強(qiáng)的基體。如顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。3）基體金屬與增強(qiáng)物的相容性高溫復(fù)合時(shí)界面層的問題?；w中合金元素與增強(qiáng)物的浸潤性問題。關(guān)鍵：選擇基體時(shí)要充分注意與增強(qiáng)物的相容性，盡量抑制界面反應(yīng)，如對增強(qiáng)物進(jìn)行表面處理，或在基體中加入某些其它組分，還可選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒s短材料在高溫下的停留時(shí)間。2.1.2 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料-高比強(qiáng)度，高比剛度，高的結(jié)構(gòu)效率，故選取鎂、鋁等輕合金作基體金屬。鋁、鎂復(fù)合材料使用溫度450鈦合金復(fù)合材料-650鎳鈷基合金復(fù)合材料-1200用于450以下的輕金屬基體鋁基和鎂基復(fù)合材料：廣泛用于航天器、人造衛(wèi)星、空間站、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、剎車盤等，已形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。用于450-700的復(fù)合材料的金屬基體-鈦合金。鈦合金相對密度小、耐腐蝕、耐氧化、強(qiáng)度高，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。與高性能碳化硅纖維，碳硼化鈦等增強(qiáng)合金，可獲得更高的高溫性能。用于1000以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體鎳基、鈦基高溫合金材料及金屬間化合物用鎢絲，釷鎢絲增強(qiáng)基合金可以大幅度提高了基高溫性能-高溫持久性能和高溫蠕變性能2.1.3 功能用金屬基復(fù)合材料的基體電子封裝材料舉例。還有電池極板材料，高溫摩擦材料。2.2 無機(jī)膠凝材料2.2.1 概述無機(jī)膠凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。無機(jī)膠凝材料作為基體的復(fù)合材料中，研究最多的是纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料2.2.2 水泥基體材料與相應(yīng)的樹脂基復(fù)合材料相比纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料有下列特點(diǎn)：（1） 水泥基體為多孔體系，孔隙存在不僅會(huì)影響基體本身的性能，也影響纖維與基體的界面粘結(jié)。（2） 纖維與水泥的彈性模量比不大，應(yīng)力傳遞不好。（3） 水泥基材的斷裂延伸率較低，在纖維未撥出斷裂前，水泥基材即行開裂。（4） 由于水泥與纖維呈點(diǎn)接觸，故纖維與水泥的結(jié)合性有限，纖維的摻入量不能太大。（5） 水泥基材呈堿性，對金屬纖維起保護(hù)作用，但對大多數(shù)礦物纖維則有腐蝕作用。2.2.3氯氧鎂水泥也稱鎂水泥，至今有120年的歷史。它是mgo-mgcl2-h2o三元體系。氯氧鎂復(fù)合材料從輕型屋面材料到復(fù)合地板，玻璃瓦、浴缸和風(fēng)管等多種制品。菱鎂礦mgco3于800-850煅燒得到菱苦土（mgo）是主要的成分。相應(yīng)的增強(qiáng)材料為玻璃纖維、石棉纖維和本質(zhì)纖維等。2.3 陶瓷材料1)陶瓷的性質(zhì):比金屬更高的硬度和熔點(diǎn)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱性和抗老化性好，通常為絕緣體。最大的弱點(diǎn)是脆性強(qiáng)，可加工性差。2）加入纖維和晶須增強(qiáng)，能提高陶瓷的韌性。3）作為基體使用的陶瓷應(yīng)有耐高溫性，和纖維或晶須之間有良好的界面相容性及較好的工藝性能等。常用的陶瓷基體有玻璃，玻璃陶瓷，氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。2.3.1 玻璃玻璃為非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。玻璃化溫度tg軟化溫度tf2.3.2 玻璃陶瓷即微晶玻璃。具有熱膨脹系數(shù)小，力學(xué)性能好和導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)。2.3.3 氧化物陶瓷主要有al2o3, mgo, sio2, zro2等。2.3.4 非氧化物陶瓷氮化物，硼化物，碳化物，硅化物等：耐熱，耐磨，硬度高，但脆性也大。2.4 聚合物材料2.4.1 聚合物基體的種類、組分和作用1）聚合物基體的種類常用的有：不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物聚酯樹脂占玻璃纖維復(fù)合材料用樹脂的80%以上。因其工藝性良好，室溫下固化，常壓下成型，即制備工藝簡單，而制得的復(fù)合材料綜合性能好，成本低。缺點(diǎn)是固化時(shí)收縮大，耐熱性差。力學(xué)性能不如醛酸和環(huán)氧樹脂。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂是力學(xué)性能很好的結(jié)構(gòu)材料。酚醛樹脂的延伸率低，脆性大。還有熱塑性工程樹脂。熱塑性材料除了用玻璃纖維復(fù)合外，也開始用于碳纖維復(fù)合材料2）聚合物基體的組分除樹脂外，通常還有輔助材料：固化劑、增韌劑，稀釋劑、催化劑等。3) 聚合物基體的作用：把纖維粘在一起；分配纖維間的載荷；保護(hù)纖維不受環(huán)境影響（p21）。2.4.2 聚合物的結(jié)構(gòu)與性能1）聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）聚合物的分子都很大（103-105數(shù)量級的分子量），每個(gè)結(jié)構(gòu)單元是一個(gè)分子，各個(gè)結(jié)構(gòu)單元相同時(shí)叫均聚物，不同時(shí)叫共聚物，分子的結(jié)構(gòu)可以是線型的，支鏈的或網(wǎng)狀的。（2）端基的反應(yīng)性對聚合物的性能影響很重要，聚合物間很小程度的交聯(lián)，對其物理、力學(xué)性能的影響也很大。（3）聚合物分子間的作用力對于聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料的物理力學(xué)性能有密切的關(guān)系。聚合物分子的鏈結(jié)構(gòu)，包括單個(gè)聚合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，包括重復(fù)單元的本性、端基的本性、可能的支化與結(jié)構(gòu)順序中缺陷的本性，以及高分子的大小和形態(tài)等。聚合物分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包括聚合物材料本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu)等。2）聚合的性能（1）聚合物的力學(xué)性能要同時(shí)考慮：時(shí)間、溫度、環(huán)境、載荷等因素才能反映材料的性能指標(biāo)。決定聚合物強(qiáng)度的主要因素是分子內(nèi)及分子間的作用力，聚合物材料的破壞，無非是化學(xué)鍵或分子鏈間相互作用力的破壞，所以可以從分子間力及化學(xué)鍵的強(qiáng)度可以估算聚合物材料的論強(qiáng)度。一般而言，復(fù)合材料用的熱固性樹脂固化后的力學(xué)性能并不高。熱固性樹脂是體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而熱塑性樹脂是線型結(jié)構(gòu)。熱塑性樹脂性能上的特點(diǎn)：a具有明顯的力學(xué)松馳現(xiàn)象，b在外力作用下，形變較大。c抗沖擊性能好?；w的粘度和模量是支配基體傳遞應(yīng)力性能的兩個(gè)最重要的因素。足夠的粘結(jié)力和模量使復(fù)合材料中的纖維表現(xiàn)為一個(gè)整體，從而使強(qiáng)度比較高。（2）聚合物的耐熱性能聚合物的結(jié)構(gòu)與耐熱性：聚合物的分子鍵強(qiáng)度結(jié)晶性和交聯(lián)結(jié)構(gòu)影響熱性能。提高交聯(lián)度，增加雙三鍵能提高鍵能，剛性和耐熱性提高聚合物的熱穩(wěn)定性的途徑：a提高分子量，避免弱鍵存在c-h鍵被c-f鍵取代可大大提高聚合物的熱穩(wěn)定性b引入芳環(huán)和雜環(huán)（3）聚合物的耐腐蝕性（4）聚合物的介電性能極性越強(qiáng)，介電常數(shù)就越大，電阻率也越小，更易擊穿，損耗角越大。2.4.3熱固性樹脂主要有不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂。2.4.3.1不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂概念：具有重復(fù)酯鍵和雙鍵的一類聚合物不飽和聚酯樹脂特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：a工藝性能良好，如室溫下粘度低，可以室溫固化，在常壓下成型，顏色淺，可制成各種顏色，有多種措施來調(diào)節(jié)其工藝性能; b固化后樹脂綜合性能良好，并有多種專用樹脂適應(yīng)不同用途的需要；c價(jià)格低廉，缺點(diǎn)：固化時(shí)體積收縮率較大，成型時(shí)氣味和毒性較大，耐熱性、強(qiáng)度和模量都較低，易變形。交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促進(jìn)劑交聯(lián)劑引發(fā)劑:多為過氧化物，引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)劑：把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。4）不飽和聚酯樹脂的固化特點(diǎn)膠凝硬化完全固化5）增粘劑：堿土金屬氧化物和氫氧化物可使不飽和聚酯樹脂很快稠化，形成凝膠狀物，這種使不飽和聚酯樹脂粘度增加的物質(zhì)叫增粘劑。2.4.3.2 環(huán)氧樹脂1）概念：凡是含有兩個(gè)以上環(huán)氧基的高聚物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。2）特點(diǎn)：品種多，用途廣泛，可做涂料，粘結(jié)劑和各種軟硬塑料3）環(huán)氧樹脂的固化劑：凡能與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)使其從線型分子變成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子的物質(zhì)統(tǒng)稱為固化劑。2.4.3.3酚醛樹脂酚醛樹脂系酚醛縮合物，主要用作膠粘劑、涂料及布、紙、玻璃布的層壓復(fù)合材料。其優(yōu)點(diǎn)是便宜，但吸附性不好，收縮率高，成型壓力高、制品空隙含量高等缺點(diǎn)，故很少用它來碳纖維復(fù)合材料。酚醛樹脂的含碳量高，用來制造燒蝕材料，成為航天飛行器的防護(hù)層，用作碳/碳復(fù)合材料的基體的原料，用來制造耐高溫的玻璃纖維復(fù)合材料。2.4.4 熱塑性樹脂特點(diǎn)：加熱熔化，冷卻變硬。主要有：聚乙烯，聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚苯硫等。有些已用于玻璃纖維增強(qiáng)材料，但用于碳纖維增強(qiáng)材料的不多（p32-33）。第三章 復(fù)合材料的增強(qiáng)材料在復(fù)合材料中，凡是能提高材料力學(xué)性能的物質(zhì)，稱為增強(qiáng)材料。纖維在復(fù)合材料中起增強(qiáng)作用，是主要承力組分。它不僅能使材料顯示出較高的抗張強(qiáng)度和剛度，而且能減少收縮，提高了熱變形溫度和低溫沖擊強(qiáng)度等。復(fù)合材料的性能在很大程度上取決于纖維的性能、含量及使用狀態(tài)。3.1 玻璃纖維及其制品3.1.1 概述玻璃纖維是隨玻璃鋼（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）工業(yè)的的發(fā)展而發(fā)展起來的。我國在1950年代開始有自己的玻璃纖維工業(yè)，現(xiàn)已接近世界先進(jìn)水平。玻璃纖維工業(yè)的不斷發(fā)展促進(jìn)了我國復(fù)合材料及尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。3.1.2 玻璃纖維的分類1）以玻璃原料成分分類，一般用不同的含堿量來區(qū)分：（1） 無堿玻璃纖維（e玻纖）：以鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，其堿金屬氧化物含量不大于0.5%。是復(fù)合材料用玻璃纖維的主流類型。特點(diǎn)：強(qiáng)度較高，耐熱性和電性能優(yōu)良，能抗擊大氣侵蝕，化學(xué)穩(wěn)定性也好（但不耐酸）。也稱電氣玻璃， （2） 中堿玻璃纖維：堿金屬含量在11.5-12.5%之間。主要特點(diǎn)是耐酸性好，但強(qiáng)度不如e玻璃纖維高。主要用于耐腐蝕性領(lǐng)域，價(jià)格較便宜。（3） 有堿玻璃（a玻璃）纖維：類似于窗玻璃及玻璃瓶的鈉鈣玻璃。此種玻璃由于含堿量高，強(qiáng)度低，易潮蝕，很少用作增強(qiáng)材料。（4） 特種玻璃纖維：如由純鎂硅三元組成的高強(qiáng)度玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維，含鉛玻璃纖維，高硅氧纖維，石英纖維等。2）以單絲直徑分類粗纖維（30um）；初級纖維(20um); 中級纖維; 10-20um; 高級纖維：3-10um; 超細(xì)纖維（95%）耐熱性與前者相似，強(qiáng)度稍低，便宜。（3）鋁硅酸鹽玻璃纖維（al2o350%）:耐高溫，用作絕緣和隔熱材料。3）空心玻璃纖維質(zhì)輕，剛性好，電性能好，導(dǎo)熱系數(shù)低3.2碳纖維3.2.1概述1）歷史1959年聯(lián)合碳化公司以粘膠纖維為原絲制得1970年日本的瀝青基碳纖維實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)2）特性重量輕，比強(qiáng)度大，模量高，耐熱性高，耐化學(xué)穩(wěn)定性好。阻止中子透過，x射線良好透過性，可導(dǎo)電導(dǎo)熱其復(fù)合材料比鋼強(qiáng)比鋁輕，用于航空航天，軍事，工業(yè)，體育器材等方面應(yīng)用廣。3.2.2碳纖維的分類1）性能分類分高性能碳纖維和低性能碳纖維2）據(jù)原絲分類聚丙烯腈基纖維粘膠基碳纖維瀝青基碳纖維木質(zhì)素纖維基碳纖維其它有機(jī)纖維基（各種天然纖維，再生纖維，縮合多環(huán)芳香族合成纖維）碳纖維3）根據(jù)碳纖維功能分類受力結(jié)構(gòu)用碳纖維耐焰碳纖維活性碳纖維導(dǎo)電用碳纖維潤滑用碳纖維耐磨用碳纖維3.2.3碳纖維的制造氣相法和有機(jī)纖維碳化法1）氣相法是在惰性氣氛中小分子有機(jī)物在高溫下沉積成纖維。用這種方法只能制造晶須和短纖維，不能制造連續(xù)長絲。2）有機(jī)纖維碳化法是先將有機(jī)纖維經(jīng)過穩(wěn)定化處理變成耐焰纖維，然后再在惰性氣氛中，于高溫下進(jìn)行焙燒碳化，使有機(jī)纖維失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳為主要成份的纖維狀物。制作碳纖維的原料主要有三種：人造絲（粘膠纖維）、聚丙烯腈纖維和瀝青。其中聚丙烯腈纖維用來制造高強(qiáng)度高模量碳纖維。有機(jī)纖維碳化法制取碳纖維的五個(gè)階段：（1） 拉絲： （2） 牽伸：100-300間進(jìn)行，拉伸效應(yīng)（3） 穩(wěn)定：400加熱氧化（4） 碳化：1000-2000（5） 石墨化：2000-30003.2.4 碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能3.2.4.1結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能1）結(jié)構(gòu)包括化學(xué)結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)（1） 碳纖維形成過程中，隨原絲不同，重量損失10-90%，同時(shí)形成各種缺陷（2） 高模量碳纖維中的碳分子平面總是沿纖維軸平行地取向。（3） 若干層組成微晶，微晶為亂層石墨結(jié)構(gòu)。層間距大于標(biāo)準(zhǔn)石墨。（4） 碳纖維的實(shí)際強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)小于單晶石墨的理論強(qiáng)度和模量，這是由于纖維中的缺陷造成的。（5） 碳纖維軸向伸長小，斷裂在瞬間發(fā)生，不發(fā)生屈服。（6） 碳纖維軸向分子間的結(jié)合力大于石墨，所以其軸向抗張強(qiáng)度和模量都明顯高于石墨，而徑向作用力弱，抗壓性差2）碳纖維的物理性能（1） 比重：1.5-2.0.與原絲結(jié)構(gòu)及碳化處理溫度有關(guān)（2） 碳纖維的熱膨脹系數(shù)各向異性，平行于纖維方向是負(fù)值，垂直于纖維方向是正值（3） 導(dǎo)熱率 也有方向性比電阻 與纖維類型有關(guān)。正電動(dòng)勢的c可氧化負(fù)電動(dòng)勢的al而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。3）碳纖維的化學(xué)性能（1） 對一般的酸堿是惰性的（2） 溫度高于400時(shí)在空氣中氧化（3） 在惰性氣氛中耐熱性好 碳纖維強(qiáng)度在1500才開始下降。（4） 耐低溫性好，在液氮中不脆化（5） 其它性能 耐油、抗放射線、抗輻射、吸收有毒氣體，減速中子3.3芳綸纖維指聚芳酰胺纖維，也叫有機(jī)纖維1968年杜邦公司研制1972年 b纖維產(chǎn)品1973年正式稱為芳綸進(jìn)入市場用于橡膠增強(qiáng)，制造輪胎，三角皮帶，同步帶，繩索，電纜，涂漆織物，帶和帶狀物及防彈背心，航空，航天及造船工業(yè)用復(fù)合材料。3.3.1 芳綸纖維的性能特點(diǎn)1）力學(xué)性能芳綸纖維最大的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，彈性模量高，密度小2）芳綸的熱穩(wěn)定性芳綸的熱穩(wěn)定性良好，耐火而不熔。低溫也不脆化熱膨脹系數(shù)也具有各向異性3）芳綸纖維的化學(xué)穩(wěn)定性良好的耐介質(zhì)性能，對中性化學(xué)藥品的抵抗力一般是很強(qiáng)的，但易受酸堿侵蝕，尤其是強(qiáng)酸，耐水性不好，因?yàn)闃O性酰胺基親水3.3.2芳綸纖維的結(jié)構(gòu)1)基本結(jié)構(gòu) 芳綸是對苯二甲酰對苯二胺的聚合體，經(jīng)溶解轉(zhuǎn)化為液晶紡絲而成。其基本結(jié)構(gòu)是長鏈狀聚酰胺，后者結(jié)合在芳香環(huán)上，這種剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向上的高度定向的，各聚合物鏈由氫鍵橫向連結(jié)。故而縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低（p55）。2）芳環(huán)使芳綸具有高的模量和剛性，線性結(jié)構(gòu)使分子能密排而得到高密度，從而有高強(qiáng)度3）規(guī)整的結(jié)構(gòu)使具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。3.3.3用途43%用于輪胎簾子線，31%用于復(fù)合材料。17.5%用于繩索與防彈衣以芳綸作為增強(qiáng)材料，樹脂作為基體的增強(qiáng)塑料，簡稱為kfrt,在航空航天上的應(yīng)用僅次于碳纖維（p57）3.4 其它纖維3.4.1碳化硅纖維具有良好的高溫性能、高強(qiáng)度、高模量和化學(xué)穩(wěn)定性。主要用于增強(qiáng)金屬和陶瓷，制成耐高溫的金屬和陶瓷基復(fù)合材料。制造方法：化學(xué)氣相沉積法和燒結(jié)法 美日兩國是主要生產(chǎn)國性能：高強(qiáng)度，耐熱性1000以上，耐化學(xué)腐蝕（80強(qiáng)酸），和金屬有很好的浸潤性，耐輻射及吸波性能。用途：其耐高溫，耐腐蝕，耐輻射的三耐性能，是理想的耐熱材料。用于高溫傳送帶，過濾材料，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，飛機(jī)螺旋槳等受力部件及透平主動(dòng)軸。軍用大口徑步槍套管，m-1作戰(zhàn)坦克履帶火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等。3.4.2硼纖維具有很高的比強(qiáng)度和比模量，密度?。?.5-2.65）作為航天飛機(jī)主艙框架強(qiáng)度高、剛性好，代替鋁合金節(jié)省重量44%。與樹脂相容性好。3.4.3 晶須1）晶須是目前已知纖維中強(qiáng)度最高的一種，其機(jī)械強(qiáng)度幾乎等于相鄰原子間的作用力。原因：晶須直徑非常小，結(jié)構(gòu)無缺陷。2）晶須直徑為幾個(gè)微米，斷面呈多角狀，長度一般為幾厘米。3）晶須兼具玻璃纖維和硼纖維的優(yōu)良性能，它有玻璃纖維的延伸率（3-4%）和硼纖維的彈性模量（4.2-7.0105mpa），其增強(qiáng)性能很好。4）晶須無疲勞效應(yīng)5）價(jià)格昂貴，尚難以民用3.4.3 氧化鋁纖維1）以氧化鋁為主要纖維組分（70%）的陶瓷纖維統(tǒng)稱為氧化鋁纖維2）特性：（1）耐熱性好 （2）極佳的耐化學(xué)腐蝕和抗氧化性 （3）表面活性好，與金屬其樹脂都能很好復(fù)合. （4）做成復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度高，電絕緣性好。3）缺點(diǎn)：密度大：3.2g/cm3第四章 復(fù)合材料的界面4.1概述1）復(fù)合材料的界面指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。約為幾個(gè)納米到幾微米，是一個(gè)帶或一區(qū)域，厚度不均勻，它包含了基體和增強(qiáng)物的部分原始接觸面、基本與增強(qiáng)物相互作用生成的反應(yīng)產(chǎn)物、此產(chǎn)物與基體和增強(qiáng)物的接觸面，基體和增強(qiáng)物的相互擴(kuò)散層，增強(qiáng)物上的表面涂層、基體與增強(qiáng)物上的氧化物及其它的反應(yīng)產(chǎn)物。2）界面的機(jī)能歸納為以下幾種效應(yīng)：（1） 傳遞效應(yīng)：傳遞力（2） 阻斷效應(yīng)：阻止裂紋擴(kuò)展（3） 不連續(xù)效應(yīng)（4） 散射和吸收效應(yīng)（5） 誘導(dǎo)效應(yīng) 一種結(jié)構(gòu)對另一種結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)3）界面效應(yīng)既與界面結(jié)合狀態(tài)、形態(tài)和物理-化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與界面兩側(cè)組分材料的浸潤性、相容性、擴(kuò)散性等密切相關(guān)。4）基體和增強(qiáng)體通過界面結(jié)合在一起，構(gòu)成復(fù)合材料整體，界面結(jié)合的狀態(tài)和強(qiáng)度對復(fù)合材料的性能有重要影響，所以各種復(fù)合材料都要求有合適的界面結(jié)合強(qiáng)度5）層間剪切強(qiáng)度是研究界面結(jié)合強(qiáng)度的良好方法，結(jié)合斷面形貌分析可有效研究界面粘結(jié)強(qiáng)度。6）尚無有效方法可直接準(zhǔn)確定量分析界面。4.2復(fù)合材料的界面4.2.1聚合物基復(fù)合材料的界面（1） 聚合物基復(fù)合材料的界面形成可以分成兩個(gè)階段：一是基體與增強(qiáng)材料的接觸與浸潤過程；第二階段是聚合物的固化階段（2） 界面屋的結(jié)構(gòu)大致包括：界面的結(jié)合力、界面區(qū)域的厚度和界面的微觀結(jié)構(gòu)。通常對纖維進(jìn)行表面處理以增強(qiáng)界面結(jié)合力（3） 界面作用機(jī)理a.界面浸潤理論浸潤角的概論。完全浸潤將使基體與填充劑間的粘結(jié)強(qiáng)度將大于基體的內(nèi)聚強(qiáng)度b.化學(xué)鍵理論：偶聯(lián)劑作用機(jī)理4.2.2金屬基復(fù)合材料的界面1）界面的類型（1） 類型：纖維與基體互不反應(yīng)亦不溶解：物理結(jié)合（2） 類型：纖維與基體不反應(yīng)但相互溶解：溶解和浸潤結(jié)合（3） 類型：纖維與基體互相反應(yīng)形成界面反應(yīng)層：反應(yīng)結(jié)合實(shí)際的界面結(jié)合方式往往不是單一的，可能是好幾種類型的復(fù)合。2）影響界面穩(wěn)定性的因素（1） 金屬基復(fù)合物需耐比聚合物基復(fù)合物更高的溫度，所以界面在高溫下穩(wěn)定很重要（2） 高溫下增強(qiáng)材料的部分熔融是影響因素之一，但有時(shí)熔融新生成的合金強(qiáng)度更高，反而起到增強(qiáng)作用。（3） 另一種影響是界面反應(yīng)，亦影響界面結(jié)合強(qiáng)度（4） 界面結(jié)合強(qiáng)度越大，則沿纖維方向的剪切強(qiáng)度越大。界面結(jié)合強(qiáng)度過高或過低都不利。就改善復(fù)合材料的疲勞性而言，為避免纖維與基體之間摩擦生熱，界面強(qiáng)度稍強(qiáng)有利。結(jié)合力撥出功，但不能差別太大。表4-2 碳纖維增強(qiáng)鋁的抗張強(qiáng)度和斷口形貌界面結(jié)合狀態(tài) 抗張強(qiáng)度，mpa 斷口形貌結(jié)合不良 206 纖維大量撥出，長度很長，呈刷子狀結(jié)合適中 612 有的纖維撥出，有一定長度，鋁基體發(fā)生縮頸，可觀察到劈裂狀結(jié)合稍強(qiáng) 470 出現(xiàn)不規(guī)則斷面，可觀察到很短的撥出纖維結(jié)合過強(qiáng) 224 典型的脆性斷裂，平斷口3）殘余應(yīng)力材料中出現(xiàn)裂紋或位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不在增強(qiáng)纖維上集中形成高應(yīng)力，這就要求纖維和基體熱膨脹系數(shù)相匹配。基體通常熱膨系數(shù)通常高于纖維，但為了避免過高的殘余應(yīng)力，要求增強(qiáng)纖纖與基體的熱膨脹系數(shù)基本匹配，不要相差太大。4.2.3陶瓷基復(fù)合材料的界面1）陶瓷基復(fù)合材料的纖維與基體間形成反應(yīng)層，對基體和纖維都能很好地結(jié)合，但它是脆性的，當(dāng)反應(yīng)層厚度達(dá)到某一尺度時(shí)，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度開始下降。厚度繼續(xù)增大到另一值時(shí)不再降低，這兩個(gè)厚度分別對應(yīng)著第一臨界厚度和第二臨界厚度（畫圖）2）不同復(fù)合材料制備工藝可得到不同結(jié)合強(qiáng)度的界面從才使材料性能不同。（p69）4.3增強(qiáng)材料的表面處理1）為了改進(jìn)增強(qiáng)纖維與基體之間的界面結(jié)構(gòu)，改善兩者間的結(jié)合性能，需要對增強(qiáng)纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?）表面處理的方法是在增強(qiáng)纖維表面涂覆上一種稱為表面處理劑的物質(zhì)，包括浸潤劑、偶聯(lián)劑等其它助劑，以制造與基體間好的粘結(jié)界面。4.3增強(qiáng)材料的表面處理4.3.1改善玻璃纖維表面的偶聯(lián)劑沃蘭和有機(jī)硅烷1）沃蘭：為有機(jī)鉻合物類表面處理劑，水解使配合物中的氯原子被 羥基取代，并與吸水的玻璃纖維表面的硅羥基形成氫鍵，干燥脫水后變成化學(xué)鍵與纖維連接，沃蘭的碳?xì)滏渼t與樹脂基體反應(yīng)而聯(lián)接。2）用表面處理劑處理玻璃纖維的方法：（1） 前處理法：在玻璃纖維抽絲過程中涂覆表面處理劑（2） 后處理法：對玻璃纖維進(jìn)行后處理（3） 遷移法：將化學(xué)處理劑加入到樹脂中在復(fù)合時(shí)同時(shí)處理表面。4.3.2碳纖維的表面處理1）碳纖維的表面處理辦法方法較多，有氧化、沉積、電聚合與電沉積、等離子處理等4.3.3芳綸纖維的表面處理基于化學(xué)鍵理論，通過有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和等離子處理在纖維表面形成活性基團(tuán)4.3.3超高分子量聚乙烯纖維等離子處理，聚乙烯被熱蝕，交聯(lián)很少，引入氧后形成羰基和羧基使與環(huán)氧樹脂很好結(jié)合4.3.4金屬纖維為改善界面性能須控制界面層的厚度，可改進(jìn)工藝減少反應(yīng)時(shí)間，或表面涂層減少活性。利用cvd技術(shù)在硼纖維表面形成碳化硅或碳化硼涂層可抑制界面反應(yīng)。第五章 聚合物基復(fù)合材料5.1 聚合物基復(fù)合材料的種類和性能（1）具有較高的比強(qiáng)度和比模量（2）抗疲勞性能好（3）減震性能好（4）高溫性能好（5）安全性能好（6）可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、成型工藝簡單。5.2聚合物基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2.1概述1.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮的因素有：結(jié)構(gòu)質(zhì)量、研制成本、制造工藝、結(jié)構(gòu)鑒定、質(zhì)量控制、工藝模具的通用性及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合過程見圖5-1（p87）(1) 明確設(shè)計(jì)要求：性能要求，載荷要求、環(huán)境條件，形狀限制等(2) 材料設(shè)計(jì)：原材料選擇，鋪層性能確定，復(fù)合材料層合板的設(shè)計(jì)(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):典型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)等3）特點(diǎn)：材料結(jié)構(gòu)一次成型2.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件（要求）1）結(jié)構(gòu)性能要求，包括:(1) 結(jié)構(gòu)所能承受的各種載荷，確保使用期內(nèi)的安全(2) 對結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的限制(3) 隔絕外界的環(huán)境狀態(tài)而保護(hù)內(nèi)部物體2）載荷情況：靜載荷和動(dòng)載荷（瞬時(shí)作用載荷、沖擊載荷和交變載荷）3）環(huán)境條件：包括（1） 力學(xué)條件：加速度、沖擊、振動(dòng)、聲音等；（2） 物理?xiàng)l件：壓力、溫度、濕度等（3） 氣象條件：風(fēng)雨、冰雹、日光等（4） 大氣條件：放射線、霉菌、鹽霧、風(fēng)沙等4）結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性：不同應(yīng)用對此兩性的要求不同，而此兩性本身又是相互關(guān)聯(lián)的。5.2.2材料設(shè)計(jì)1.原料選擇與復(fù)合材料性能1）原材料選擇原則（1） 比強(qiáng)度、比剛度的原則（2） 材料與結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境相適應(yīng)的原則（3） 滿足結(jié)構(gòu)的特殊性能要求的原則（4） 滿足工藝性要求的原則（5） 性價(jià)比高的原則2）纖維選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能選取能滿足一定的力學(xué)、物理和化學(xué)性能的纖維(p91,表5-7）3）樹脂選擇要求：要求基體材料能在結(jié)構(gòu)使用溫度范圍內(nèi)工作要求基體材料具有一定的力學(xué)性能要求基體的斷裂伸長率大于或接近纖維的斷裂伸長率要求基體材料具有滿足使用要求的物理、化學(xué)性能。要求具有一定的工藝性2.單層性能的確定：通常需要實(shí)驗(yàn)來測定1）單層樹脂含量的確定:據(jù)單層的功能來確定（表5-9）2）剛度的預(yù)測可依公式而定（表5-10）3）強(qiáng)度的預(yù)測公式3.復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)即按照單層的性能確定層合板中各鋪層的取向，鋪設(shè)順序，各定向?qū)酉鄬τ诳倢訑?shù)的百分比和總層數(shù)5.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）基本原則滿足強(qiáng)度和剛度，穩(wěn)定性，連接接頭設(shè)計(jì)等2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮強(qiáng)度和剛度等主要因素外，還有其它因素：熱應(yīng)力，防腐蝕，防雷擊，抗沖擊等5.3聚合物基復(fù)合材料成型加工技術(shù)1）成型固化工藝包括成型和固化兩部分。2）有十六種成型方法5.3.1手糊工藝手糊工藝是聚合物基復(fù)合材料制造中最早采用和最簡單的方法。其工藝過程是先在模具上涂刷含有固化劑的樹脂混合物，再在其上鋪一層按要求剪裁好的纖維織物，用刷子壓輥刮刀壓擠使其均勻浸膠并排除氣泡后，再涂刷樹脂和鋪貼每二層纖維織物，反復(fù)上述過程到達(dá)到所需厚度為止。然后在一定的壓力作用下加熱固化成型，或自放熱固化成型。其優(yōu)點(diǎn)是不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適于少批量生產(chǎn)，設(shè)備簡單，投資低，缺點(diǎn)是勞動(dòng)條件差，效率低，質(zhì)量難控制且不穩(wěn)定，產(chǎn)品力學(xué)性能低5.3.2模壓成型工藝1）概念：將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對模中，閉模后加熱使其熔化，并在壓力作用下充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制品，再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料制品。2）優(yōu)點(diǎn)：較高的生產(chǎn)效率，制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型，制品外觀和尺寸穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化控制。3）缺點(diǎn)：模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，壓機(jī)及模具投資高，制品尺寸受設(shè)備限制，只適合制造批量大的中小型產(chǎn)品。只適用于短切纖維。5.3.3樹脂傳遞模塑（rtm）成型工藝1) 一種閉模成型工藝方法，其過程：將液態(tài)熱固性樹脂及固化劑由計(jì)量設(shè)備分別從儲(chǔ)桶內(nèi)抽出，經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻，注入事先鋪有玻璃纖維增強(qiáng)材料的密封模內(nèi)，經(jīng)固化、脫模、后加工而成制品。2）特點(diǎn)：（1） 固定設(shè)備投資少，（2） 產(chǎn)品光滑，尺寸穩(wěn)定容易組合（3） 設(shè)計(jì)靈活，制模時(shí)間短（4） 對樹脂和填料的適應(yīng)性廣泛（5） 安全環(huán)保（密閉無污染），低勞動(dòng)強(qiáng)度低5.3.4 噴射成型工藝1）分別將混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(cè)或噴槍內(nèi)混合噴出，同時(shí)將玻璃纖維無捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹脂一起均勻沉積到模具上。待沉積到一定厚度，用手輥滾壓，使纖維浸透樹脂、壓實(shí)并除去氣泡，最后固化成制品（p115圖5-12）2）特點(diǎn)：成型比較復(fù)雜和大型的產(chǎn)品，施工現(xiàn)場污染大，機(jī)械和手機(jī)相結(jié)合,物料組成不精確，物料物性條件受限。5.3.5連續(xù)纏繞成型工藝1）將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強(qiáng)塑料制品的工藝過程2）優(yōu)點(diǎn)（1） 纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度高，通過改變纖維排布方式、數(shù)量可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能較好地發(fā)揮增強(qiáng)材料抗張性能優(yōu)異的特點(diǎn)，制品結(jié)構(gòu)合理，比強(qiáng)度和比模量都高（2） 質(zhì)量比較穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高3）缺點(diǎn)：設(shè)備投入大，只有規(guī)模生產(chǎn)才能節(jié)省成本4）特點(diǎn)：適于制備承受內(nèi)壓的中空型容器5.3.6拉擠成型工藝1）將浸漬過樹脂的連續(xù)纖維束或帶狀織物在索引裝置作用下通過成型模定型，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長度不受限制的復(fù)合材料型材。2）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，便于自動(dòng)化生產(chǎn)；能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，制品性能穩(wěn)定可靠；樹脂損耗少；各向強(qiáng)度可調(diào)，長度可據(jù)需要定5.3.7擠出成型工藝 frtp(熱塑性玻璃鋼)，玻纖增強(qiáng)熱固性塑料(簡稱gfrp)擠出成型是熱塑性復(fù)合材料的成型方法frtp擠出成型工藝，frtp管擠出成型工藝其過程包括加料、塑化、成型、定型四個(gè)階段，后者要求成型溫度提高10-20，并要表面硬化以提高耐磨性。5.3.8 注射成型工藝1)將顆粒狀樹脂，短纖維增強(qiáng)料等送入注射腔內(nèi)加熱熔化，加壓擠出到密閉模具中冷卻定型后開模而得到復(fù)合材料2)特點(diǎn):制品精度高、生產(chǎn)周期短、效率較高、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，3）熱塑性和熱固性樹脂都可，但以前者為多。成型加工工藝 短切纖維強(qiáng)化 連續(xù)纖維強(qiáng)化 熱塑性聚合物基 熱固性聚合物基手糊工藝 - - -模壓成型工藝 - - -樹脂傳遞模塑（rtm）成型工藝 - -噴射成型工藝 - - -連續(xù)纏繞成型工藝 - - -拉擠成型工藝 - - -擠出成型工藝 - - 注射成型工藝 - - -5.4聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用金屬基、陶瓷基和高分子基復(fù)合材料是三大主流復(fù)合材料，但前兩者價(jià)格昂貴，不能民用，只有后者已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模民用，如在汽車、船舶，飛機(jī)，通訊、建筑、電子電氣，機(jī)械設(shè)備、體育用品等方面都有應(yīng)用p118)。第六章 金屬基復(fù)合材料6.1金屬基復(fù)合材