纖維復(fù)合材料及其制造方法ppt課件

1、纖維復(fù)合資料及其制造方法沈燕高材101 051006122聚合物基復(fù)合資料 聚合物基復(fù)合資料PMC是以有機(jī)聚合物主要為熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠為基體，延續(xù)纖維為加強(qiáng)資料組合而成的。聚合物基體資料雖然強(qiáng)度低，但由于其粘接性能好，能把纖維結(jié)實(shí)地粘接起來，同時(shí)還能使載荷均勻分布，并傳送到纖維上去，并允許纖維接受緊縮和剪切載荷。而纖維的高強(qiáng)度、高模量的特性使它成為理想的承載體。纖維和基體之間的良好的結(jié)合，各種資料在性能上相互取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，資料的綜合性能優(yōu)于原組成資料而滿足各種不同的要求，充分展現(xiàn)各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最正確構(gòu)造設(shè)計(jì)、具有許多優(yōu)良特性。分類適用PMC通常按兩種方式分類。一種以

2、基體性質(zhì)不同分為熱固性樹脂基復(fù)合資料和熱塑性樹脂基復(fù)合資料；另一種按加強(qiáng)劑類型及在復(fù)合資料中分布形狀分類。如：玻璃纖維加強(qiáng)熱固性塑料(俗稱玻璃鋼)、短切玻璃纖維加強(qiáng)熱塑性塑料、碳纖維加強(qiáng)塑料、芳香族聚酰胺纖維加強(qiáng)塑料、碳化硅纖維加強(qiáng)塑料、礦物纖維加強(qiáng)塑料、石墨纖維加強(qiáng)塑料、木質(zhì)纖維加強(qiáng)塑料等。這些聚合物基復(fù)合資料具有上述共同的特點(diǎn)，同時(shí)還有其本身的特殊性能。通常意義上的聚合物基復(fù)合資料普通就是指纖維加強(qiáng)塑料。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度大，比模量大 耐疲勞性能好 減震性好 工藝性好比強(qiáng)度大，比模量大比強(qiáng)度大，比模量大 比強(qiáng)度和比模量是度量資料承載才干的一個(gè)目的，比強(qiáng)度越高，同一零件的自重越??；比模

3、量越高，零件的剛性越大。復(fù)合資料的比強(qiáng)度和比模量都比較大，例如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合資料，其比強(qiáng)度是鋼的七倍，比模量比鋼大三倍。耐疲勞性能好耐疲勞性能好 疲勞破壞是資料在變載荷作用下，由于裂紋的構(gòu)成和擴(kuò)展而構(gòu)成的低應(yīng)力破壞。聚合物復(fù)合資料疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開場，逐漸擴(kuò)展到結(jié)合面上，破壞前有明顯的預(yù)兆，而且纖維與基體的界面能阻止裂紋的擴(kuò)展。大多數(shù)金屬資料的疲勞強(qiáng)度極限是其抗拉強(qiáng)度的20-50，而碳纖維/聚酯復(fù)合資料的疲勞極限可為其抗拉強(qiáng)度的70-80。減振性好減振性好許多機(jī)器和設(shè)備如汽車、動(dòng)力機(jī)械等的振動(dòng)問題非常突出，而復(fù)合資料的減振性能好。緣由是纖維加強(qiáng)復(fù)合資料比模量大，那么自振

4、頻率高，可防止產(chǎn)生共振而引起的早期破壞。另外纖維與界面吸振才干強(qiáng)，故振動(dòng)阻尼性好，即使發(fā)生振動(dòng)也會(huì)很快衰減。 有很好的加工工藝性 延續(xù)纖維加強(qiáng)的聚合物基復(fù)合資料具有優(yōu)良的工藝性能，可以經(jīng)過手糊成型、纏繞成型和拉擠成型等復(fù)合資料特有的工藝方法制造制品。它能滿足各種類型制品的制造需求，特別適宜于大型制品、外形復(fù)雜、數(shù)量少制品的制造。聚合物基復(fù)合資料的制造方法 聚合物基復(fù)合資料的制造把復(fù)合資料的聚合物基復(fù)合資料的制造把復(fù)合資料的制造和產(chǎn)品的制造交融為一體。制造和產(chǎn)品的制造交融為一體。 根據(jù)加強(qiáng)體和基體資料種類的不同，需根據(jù)加強(qiáng)體和基體資料種類的不同，需求運(yùn)用不同的制造工藝和方法。求運(yùn)用不同的制造工藝

5、和方法。根據(jù)基體資料不同分類：根據(jù)基體資料不同分類： 熱固性樹脂復(fù)合資料的制造方法：手糊成型法、放射成熱固性樹脂復(fù)合資料的制造方法：手糊成型法、放射成型法、模壓成型法、注射成型法、型法、模壓成型法、注射成型法、RTM成型法成型法(注射成型法注射成型法)等。等。 熱塑性復(fù)合資料的制造方法：模壓成型法、注射成型熱塑性復(fù)合資料的制造方法：模壓成型法、注射成型法、法、RTM成型法、真空熱壓成型法、纏繞成型法等。成型法、真空熱壓成型法、纏繞成型法等。模具預(yù)模具預(yù)備備樹脂膠液樹脂膠液配制配制加強(qiáng)資料加強(qiáng)資料預(yù)備預(yù)備涂脫模劑涂脫模劑手糊成型手糊成型固化固化脫模脫模后處置后處置檢驗(yàn)檢驗(yàn)制品制品手糊成型工藝流手

6、糊成型工藝流程程纖維加強(qiáng)資料和樹脂膠纖維加強(qiáng)資料和樹脂膠液在模具上鋪覆成型，液在模具上鋪覆成型，室溫室溫(或加熱或加熱)、無壓、無壓(或或低壓低壓)條件下固化，脫模條件下固化，脫模成制品的工藝方法。成制品的工藝方法。待浸樹脂的加待浸樹脂的加強(qiáng)資料強(qiáng)資料壓實(shí)輥壓實(shí)輥樹脂樹脂可選用膠衣可選用膠衣手糊成型表示圖手糊成型表示圖 膠衣是賦予復(fù)合資料制品外表的一膠衣是賦予復(fù)合資料制品外表的一層美觀、耐化學(xué)品侵蝕、耐擦傷和層美觀、耐化學(xué)品侵蝕、耐擦傷和耐老化等的對(duì)其起到維護(hù)作用的外耐老化等的對(duì)其起到維護(hù)作用的外表涂層。表涂層。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1) 不受尺寸、外形的限制，適宜尺寸大、批量小、外形復(fù)雜產(chǎn)品不受尺

7、寸、外形的限制，適宜尺寸大、批量小、外形復(fù)雜產(chǎn)品的消費(fèi)；的消費(fèi)； (2) 設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低，本錢低；設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低，本錢低； (3) 工藝簡單；工藝簡單； (4) 可在恣意部位增補(bǔ)加強(qiáng)資料，易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；可在恣意部位增補(bǔ)加強(qiáng)資料，易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求； (5) 產(chǎn)品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。產(chǎn)品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。 (1) 消費(fèi)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)衛(wèi)生條件差； (2) 產(chǎn)質(zhì)量量不易控制，性能穩(wěn)定性差； (3) 產(chǎn)品力學(xué)性能較低。缺陷 為改良手糊成型工藝而開發(fā)的一種半機(jī)械化成型工藝，是手糊工藝的為改良手糊成型工藝而開發(fā)的一種半機(jī)械化成型工藝，是手糊工藝

8、的變形。變形。工藝流程工藝流程玻璃纖維無捻粗紗玻璃纖維無捻粗紗聚酯樹脂聚酯樹脂引發(fā)劑引發(fā)劑促進(jìn)劑促進(jìn)劑加熱加熱靜態(tài)混合靜態(tài)混合切割噴切割噴槍槍放射成放射成型型模具模具輥壓輥壓固化固化脫模脫模(1)消費(fèi)效率比手糊法提高消費(fèi)效率比手糊法提高24倍；倍；(2)利用粗紗替代織物，降低了資料本錢；利用粗紗替代織物，降低了資料本錢；(3)成型過程中無接縫，制品的整體性好；成型過程中無接縫，制品的整體性好；(4)減少了飛邊、裁屑和剩余膠液的損耗；減少了飛邊、裁屑和剩余膠液的損耗；(5)可自在調(diào)理產(chǎn)品壁厚、纖維與樹脂的比例及纖維可自在調(diào)理產(chǎn)品壁厚、纖維與樹脂的比例及纖維的長度。的長度。(1) 產(chǎn)品的均勻程度在

9、很大程度上取決于操作工人的產(chǎn)品的均勻程度在很大程度上取決于操作工人的熟練程度；熟練程度；(2) 樹脂含量高，加強(qiáng)纖維短，制品的強(qiáng)度較低，耐樹脂含量高，加強(qiáng)纖維短，制品的強(qiáng)度較低，耐溫性能差；溫性能差；(3) 因過量噴涂而呵斥原資料損耗大；因過量噴涂而呵斥原資料損耗大；(4) 陰模成型比陽模成型難度大，小型制品比大型制陰模成型比陽模成型難度大，小型制品比大型制品難度大；品難度大；(5) 現(xiàn)場粉塵大，任務(wù)環(huán)境惡劣；現(xiàn)場粉塵大，任務(wù)環(huán)境惡劣；(6) 初期投資比手糊成型大。初期投資比手糊成型大。定義定義 將一定量的模壓料放入金屬對(duì)模中，將一定量的模壓料放入金屬對(duì)模中，在一定溫度、壓力作用下，固化成型制

10、品在一定溫度、壓力作用下，固化成型制品的方法。的方法。 加熱加壓的作加熱加壓的作用用 使模壓料塑化、流動(dòng)，充溢空腔，使模壓料塑化、流動(dòng)，充溢空腔，并使樹脂發(fā)生固化反響。并使樹脂發(fā)生固化反響。 有較高的消費(fèi)效率，適于大批量消費(fèi)，制品尺寸準(zhǔn)確，有較高的消費(fèi)效率，適于大批量消費(fèi)，制品尺寸準(zhǔn)確，外表光潔，可以有兩個(gè)精制外表，價(jià)錢低廉，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)外表光潔，可以有兩個(gè)精制外表，價(jià)錢低廉，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，多數(shù)構(gòu)造復(fù)雜的制品可一次成型，無需有械化和自動(dòng)化，多數(shù)構(gòu)造復(fù)雜的制品可一次成型，無需有損于制品性能的輔助加工，制品外觀及尺寸的反復(fù)性好。損于制品性能的輔助加工，制品外觀及尺寸的反復(fù)性好。 壓模的設(shè)計(jì)

11、與制造較復(fù)雜，初次投資較高，壓模的設(shè)計(jì)與制造較復(fù)雜，初次投資較高，制品尺寸受設(shè)備限制，普通只適于制備中、小制品尺寸受設(shè)備限制，普通只適于制備中、小型玻璃鋼制品。型玻璃鋼制品。層壓工藝：層壓工藝： 將浸有或涂有樹脂的片材層疊，送入層將浸有或涂有樹脂的片材層疊，送入層壓機(jī)，在加熱加壓條件下，固化成型玻璃鋼壓機(jī)，在加熱加壓條件下，固化成型玻璃鋼制品的一種成型工藝。制品的一種成型工藝。 纏繞工藝：纏繞工藝： 將浸過樹脂膠液的延續(xù)纖維或布帶，按照一定將浸過樹脂膠液的延續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復(fù)合資料制規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復(fù)合資料制品的工藝過程。品的工藝過程。

12、決議產(chǎn)品外形的模具決議產(chǎn)品外形的模具繞線筒繞線筒張力控制器張力控制器預(yù)浸槽預(yù)浸槽小小車車吐絲嘴吐絲嘴芯模芯模纏繞工藝流程圖纏繞工藝流程圖浸膠浸膠膠紗紗錠膠紗紗錠張力控制張力控制固化固化打模噴漆打模噴漆脫模脫模芯模制造芯模制造膠液配制膠液配制紗團(tuán)紗團(tuán)集束集束烘干烘干絡(luò)紗絡(luò)紗加熱粘流加熱粘流縱、環(huán)向纏繞縱、環(huán)向纏繞張力控制張力控制縱、環(huán)向纏繞縱、環(huán)向纏繞廢品廢品濕濕法法纏纏繞繞成成型型工工藝藝干干法法纏纏繞繞成成型型工工藝藝干法纏繞干法纏繞 將預(yù)浸紗帶將預(yù)浸紗帶(或預(yù)浸布或預(yù)浸布)，在纏繞機(jī)上經(jīng)，在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流形狀并纏繞到芯模上的成型加熱軟化至粘流形狀并纏繞到芯模上的成型工藝過程。工藝

13、過程。濕法纏繞濕法纏繞 將無捻粗紗將無捻粗紗(或布帶或布帶)經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。的成型工藝過程。 半干法纏繞半干法纏繞 將無捻粗紗將無捻粗紗(或布帶或布帶)浸膠后，隨即預(yù)烘干，然后浸膠后，隨即預(yù)烘干，然后纏繞到芯模上的成型工藝方法。纏繞到芯模上的成型工藝方法。 先將樹脂和加強(qiáng)纖維制成粒料，然后再先將樹脂和加強(qiáng)纖維制成粒料，然后再將粒料參與擠出機(jī)內(nèi)，經(jīng)塑化、擠出、冷卻將粒料參與擠出機(jī)內(nèi)，經(jīng)塑化、擠出、冷卻定型而成制品。定型而成制品。1、能加工絕大多數(shù)熱塑性復(fù)合資料及部分、能加工絕大多數(shù)熱塑性復(fù)合資料及部分熱固性復(fù)合資料；熱固性復(fù)合資料；2、消費(fèi)過程延續(xù)

14、，自動(dòng)化程度高；、消費(fèi)過程延續(xù)，自動(dòng)化程度高；3、工藝易掌握及產(chǎn)質(zhì)量量穩(wěn)定等。、工藝易掌握及產(chǎn)質(zhì)量量穩(wěn)定等。只能消費(fèi)線型制只能消費(fèi)線型制品品 注射成型適用于熱塑性和熱固性復(fù)合資料，以熱塑性復(fù)合資注射成型適用于熱塑性和熱固性復(fù)合資料，以熱塑性復(fù)合資料運(yùn)用最廣。料運(yùn)用最廣。 注射成型注射成型 將粒狀或粉狀的纖維將粒狀或粉狀的纖維樹脂混合料從注射機(jī)的料斗送入機(jī)樹脂混合料從注射機(jī)的料斗送入機(jī)筒內(nèi)，加熱熔化后由柱塞或螺桿加壓，經(jīng)過噴嘴注入溫度降低筒內(nèi)，加熱熔化后由柱塞或螺桿加壓，經(jīng)過噴嘴注入溫度降低的閉合模內(nèi)，經(jīng)過冷卻定型后，脫模得制品。的閉合模內(nèi)，經(jīng)過冷卻定型后，脫模得制品。 間歇式操作過程間歇式操作

15、過程注射成型相對(duì)于模壓成型的特點(diǎn)：注射成型相對(duì)于模壓成型的特點(diǎn)： (1) 成型周期短，物料的塑化在注射機(jī)內(nèi)完成。成型周期短，物料的塑化在注射機(jī)內(nèi)完成。(3) 閉模成型，能提高產(chǎn)品精度，保證質(zhì)量，減少后加工閉模成型，能提高產(chǎn)品精度，保證質(zhì)量，減少后加工任務(wù)量。任務(wù)量。 (4) 可使外形復(fù)雜的產(chǎn)品一次成型，能防止模腔內(nèi)嵌件變形或可使外形復(fù)雜的產(chǎn)品一次成型，能防止模腔內(nèi)嵌件變形或位移。位移。(5) 消費(fèi)效率高，本錢低。消費(fèi)效率高，本錢低。 注射成型的缺陷：注射成型的缺陷： (1) 不適用于長纖維加強(qiáng)的產(chǎn)品，普通纖維長不適用于長纖維加強(qiáng)的產(chǎn)品，普通纖維長度小于度小于7mm (2) 模具質(zhì)量要求高模具質(zhì)

16、量要求高 注射過程中，物料在模內(nèi)流動(dòng)充模，玻璃注射過程中，物料在模內(nèi)流動(dòng)充模，玻璃纖維對(duì)模具磨損較大，模具必需采用硬度較高纖維對(duì)模具磨損較大，模具必需采用硬度較高的合金鋼資料或模具外表經(jīng)過硬化處置，故造的合金鋼資料或模具外表經(jīng)過硬化處置，故造價(jià)較貴。價(jià)較貴。注射成型工藝原理注射成型工藝原理 (1) FRTP注射成型原理注射成型原理 加強(qiáng)粒料在注射機(jī)的料筒內(nèi)加熱熔化至粘流態(tài)，以高壓迅速加強(qiáng)粒料在注射機(jī)的料筒內(nèi)加熱熔化至粘流態(tài)，以高壓迅速注入溫度較低的閉合模內(nèi)，經(jīng)冷卻使物料恢復(fù)玻璃態(tài)并堅(jiān)持模腔注入溫度較低的閉合模內(nèi)，經(jīng)冷卻使物料恢復(fù)玻璃態(tài)并堅(jiān)持模腔外形，然后開模取出制品。外形，然后開模取出制品。

17、FRTP的注射成型過程主要產(chǎn)生物理變化的注射成型過程主要產(chǎn)生物理變化 (2) FRP注射成型原理注射成型原理 FRP的注射成型過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程的注射成型過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程 注射料在加熱過程中溫度升注射料在加熱過程中溫度升高，粘度下降，但隨著時(shí)間的延高，粘度下降，但隨著時(shí)間的延伸，分子間的交聯(lián)反響添加，粘伸，分子間的交聯(lián)反響添加，粘度又會(huì)上升。實(shí)踐加熱過程應(yīng)綜度又會(huì)上升。實(shí)踐加熱過程應(yīng)綜合思索兩種作用的影響。合思索兩種作用的影響。熱固性樹脂纖維混合料加熱固性樹脂纖維混合料加熱時(shí)粘度與時(shí)間變化關(guān)系熱時(shí)粘度與時(shí)間變化關(guān)系加熱時(shí)加熱時(shí)間間粘粘度度AOB 預(yù)浸漬料參與料筒，適當(dāng)

18、加溫加壓，當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到噴嘴時(shí)，預(yù)浸漬料參與料筒，適當(dāng)加溫加壓，當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到噴嘴時(shí)，粘度應(yīng)到達(dá)最低值，并被迅速注入模腔。在熱壓作用下固化定粘度應(yīng)到達(dá)最低值，并被迅速注入模腔。在熱壓作用下固化定型，然后開模取出制品。型，然后開模取出制品。FRP注射成型過程：注射成型過程：FRTP和和FRP的注射成型特點(diǎn)對(duì)比的注射成型特點(diǎn)對(duì)比 (1) FRTP可以反復(fù)加熱塑化，可以反復(fù)加熱塑化，物料的熔融和硬化完全是物理物料的熔融和硬化完全是物理變化；變化；FRP加熱固化后不能再加熱固化后不能再塑化，固化過程為不可逆反響。塑化，固化過程為不可逆反響。(2) FRTP受熱時(shí)，物料由玻璃態(tài)變受熱時(shí)，物料由玻璃態(tài)變?yōu)槿廴?/p>

19、的粘流態(tài)，料筒溫度要分段為熔融的粘流態(tài)，料筒溫度要分段控制，其塑化溫度應(yīng)高于粘流溫度，控制，其塑化溫度應(yīng)高于粘流溫度，但低于分解溫度；但低于分解溫度；FRP在料筒中加在料筒中加熱時(shí)，樹脂分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，物料熱時(shí)，樹脂分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，物料熔融，但接著會(huì)發(fā)生化學(xué)反響、放熔融，但接著會(huì)發(fā)生化學(xué)反響、放熱，加速化學(xué)反響過程。因此，熱，加速化學(xué)反響過程。因此，F(xiàn)RP注射成型的溫度控制要比注射成型的溫度控制要比FRTP嚴(yán)厲得多。嚴(yán)厲得多。(3) FRTP注射成型注射成型時(shí)，料筒溫度必需時(shí)，料筒溫度必需高于模具溫度，物高于模具溫度，物料在模腔內(nèi)冷卻時(shí)料在模腔內(nèi)冷卻時(shí)會(huì)引起體積收縮，會(huì)引起體積收縮，故需求有相

20、應(yīng)的料故需求有相應(yīng)的料墊傳壓補(bǔ)料，墊傳壓補(bǔ)料，F(xiàn)RP注射成型時(shí)，料筒注射成型時(shí)，料筒溫度低于模具溫度，溫度低于模具溫度，物料在模腔內(nèi)發(fā)生物料在模腔內(nèi)發(fā)生固化收縮的同時(shí)，固化收縮的同時(shí)，也發(fā)生熱膨脹，因也發(fā)生熱膨脹，因此，充模后不需求此，充模后不需求補(bǔ)料。補(bǔ)料。作業(yè)：比較作業(yè)：比較FRTP和和FRP的注射成型各有哪些特點(diǎn)？的注射成型各有哪些特點(diǎn)？樹脂傳送模塑樹脂傳送模塑(Resin Transfer Molding, RTM)工藝過程：工藝過程： 將熱固性樹脂及固化劑混合均勻后注入事先將熱固性樹脂及固化劑混合均勻后注入事先鋪有玻璃纖維加強(qiáng)資料的密封模內(nèi)，經(jīng)固化、脫鋪有玻璃纖維加強(qiáng)資料的密封模內(nèi)，

21、經(jīng)固化、脫模制得制品的過程稱為樹脂傳送模塑，簡稱模制得制品的過程稱為樹脂傳送模塑，簡稱(RTM)。 RTM成型工藝特點(diǎn)成型工藝特點(diǎn)a. 設(shè)備投資少，用小噸位壓機(jī)能消費(fèi)大型制品設(shè)備投資少，用小噸位壓機(jī)能消費(fèi)大型制品(相對(duì)模壓相對(duì)模壓)。b. 制品雙面光滑，尺寸穩(wěn)定，容易組合；制品雙面光滑，尺寸穩(wěn)定，容易組合；c. 允許制品帶有加強(qiáng)筋、鑲嵌件和附著物，可設(shè)計(jì)性好，允許制品帶有加強(qiáng)筋、鑲嵌件和附著物，可設(shè)計(jì)性好，可部分加強(qiáng)，甚至消費(fèi)泡沫夾層構(gòu)造；可部分加強(qiáng)，甚至消費(fèi)泡沫夾層構(gòu)造；d. 模具制造較方便模具制造較方便(相對(duì)模壓相對(duì)模壓)；e. 對(duì)樹脂和填料的順應(yīng)性廣；對(duì)樹脂和填料的順應(yīng)性廣；f. 消費(fèi)周

22、期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低，原資料損耗少；消費(fèi)周期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低，原資料損耗少；g. 產(chǎn)品后加工量少；產(chǎn)品后加工量少；h. 環(huán)境污染小環(huán)境污染小(閉模，單體苯乙烯揮發(fā)少閉模，單體苯乙烯揮發(fā)少)。 碳基復(fù)合資料碳基復(fù)合資料因此在航空、航天、核能及許多民用工業(yè)領(lǐng)域遭到極大關(guān)注，近年來得以迅速開展和廣泛運(yùn)用。C/C(碳碳)復(fù)合資料是碳纖維加強(qiáng)碳基體特點(diǎn):相對(duì)密度輕(實(shí)際密度為2.28cm3)高溫下強(qiáng)度、模量高，斷裂韌性良好耐磨性能優(yōu)良，耐燒蝕好隨溫度升高強(qiáng)度不僅不降低反而升高主要工序主要工序坯體的預(yù)成形浸漬碳化致密化石墨化抗氧化涂層工藝過程 1.1 碳纖維的選擇 1.1.1 碳纖維的制備方法三種,?越少越好堿

23、金屬是碳的氧化催化劑?1.1.2 碳纖維的堿金屬含量:1.1.3 外表處置碳纖維外表處置對(duì)碳纖維外表處置對(duì)CC復(fù)合資料的性能有著顯著的影復(fù)合資料的性能有著顯著的影響，響，經(jīng)過外表處置的石墨纖維M40與基體呋喃樹脂的界面粘結(jié)強(qiáng)度，在碳化過程中由于兩相斷裂應(yīng)變不同而在收縮過程中纖維遭到剪切應(yīng)力或被剪切斷裂；同時(shí)基體收縮產(chǎn)生的裂紋在經(jīng)過粘結(jié)界面時(shí)，纖維產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致纖維斷裂。C/C復(fù)合資料的強(qiáng)度下降未經(jīng)外表處置的碳纖維，兩相界面粘接薄弱，基體的收縮使兩相界面脫粘，纖維不會(huì)損傷；當(dāng)基體中裂紋傳播到兩相界面時(shí)，薄弱界面層可緩沖裂紋傳播速度或改動(dòng)裂紋傳播方向，或界面剝離,使碳纖維免受損傷,復(fù)合資

24、料的強(qiáng)度高碳化時(shí)碳化時(shí)石墨化石墨化基體樹脂碳經(jīng)石墨化具有一定塑性的石墨化碳緩和或消除了集中的應(yīng)力纖維免受損傷，強(qiáng)度得到提高裂紋支化1.2 基體樹脂的選擇 1.2.1 基體樹脂的特點(diǎn):殘?zhí)悸矢?、有粘性、流變性好、與碳纖維具有良好物理相容性等特點(diǎn)1.2.2 常用樹脂基體呋喃樹脂、酚醛樹脂、糠酮樹脂等熱固性樹脂 石油瀝青、煤焦油瀝青：石油瀝青等的石墨化程度高，與碳纖維一樣具有良好的物理相容性。go物理相容性 主要是指熱膨脹系數(shù)和固化或碳化過程中的收縮行為酚醛樹脂經(jīng)碳化后轉(zhuǎn)化為難石墨化的玻璃碳，耐燒蝕性能優(yōu)良；back液相浸漬和氣相堆積的填孔和堵塞圖解瀝青與氣孔壁有良好的潤濕和粘接性，碳化后殘留的碳向

25、孔壁收縮，有利于第二次再浸漬和再碳化，樹脂與孔壁粘接不良而本身粘接強(qiáng)，碳化后樹脂碳與孔壁脫粘，本身成為一團(tuán)而堵塞氣孔，不利于再浸漬和密度的再提高。2 預(yù)成形體 以多以多維編織為維編織為主主纖維含量高，但具有顯著的各向異性和層間易剝離性3D陳列中纖維含量比較少，但各向異性和層間剝離得到改善3 制備工藝 3.1.1 原理 易揮發(fā)的烴如甲烷、丙烷、苯和其它低相對(duì)分子質(zhì)量碳化合物經(jīng)過熱解堆積在熱的基體外表的孔隙中，以到達(dá)致密化目的3.1 化學(xué)氣相堆積法化學(xué)氣相堆積法 反響氣體經(jīng)過層流向堆積襯底的邊境層分散； 堆積襯底外表吸附反響氣體，反響氣體產(chǎn)生反響并構(gòu)成固態(tài)產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物； 所產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物解吸附，

26、并沿一邊境層區(qū)域分散； 產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物排出。3.1.2 CVD反響過程堆積碳易石墨化，與碳纖維的物理相容性好，所得CC復(fù)合資料構(gòu)造致密，強(qiáng)度高。堆積碳直接堆積在碳纖維的孔壁的外表及絲束之間的孔隙里，有利于提高產(chǎn)品性能分散與堆積速度對(duì)孔隙封鎖影響表示圖(a)堆積速度分散速度 (b)分散速度 堆積速度3.2 預(yù)成紗工藝：工藝簡化，基體與纖維結(jié)合好3.3 自燒結(jié)性焦燒結(jié)法 以殘?zhí)悸矢叩淖詿Y(jié)性焦為基體，不用粘結(jié)劑，工藝不需致密化處置4 性能 4.1 力學(xué)性能密度小，抗拉強(qiáng)度為300一3000MPa、抗拉模量為30一350GPa，比強(qiáng)度是鋼的3倍左右，在2000以下強(qiáng)度不隨溫度的升高而下降，反而略有上

27、升，模量那么隨溫度的上升一致添加，這是任何資料所無法比較的。耐疲勞性好4.2 熱物理性能 C/C復(fù)合資料的熱膨脹系數(shù)是金屬資料的 110一15，并能在劇變的溫度條件下堅(jiān)持相對(duì)的尺寸穩(wěn)定，特別適用于溫度變化特大的太空環(huán)境 C/C復(fù)合資料的導(dǎo)熱系數(shù)比較高 比熱比較大，但熱膨脹系數(shù)和摩擦因數(shù)較小，是理想的高級(jí)制動(dòng)剎車資料。c/c復(fù)合資料置于高溫暖快速加熱的環(huán)境中，由于蒸發(fā)升華和能夠的熱化學(xué)氧化、其部分外表可被燒蝕，但其外表的凹陷淺，良好地保管其外形，且燒蝕均勻而對(duì)稱，碳的升華溫度是3700，資料C/C苯乙烯尼龍、酚醛高硅氧/酚醛有效燒蝕熱kcal/kg11000-14000173024904180不同樹料的有效燒蝕熱的比較4.3 化學(xué)穩(wěn)定性 常溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，但耐熱氧化性能差4.4 抗氧化防護(hù)涂層法添加抗氧化劑涂層法是在制備好的C/C資料上進(jìn)展SiC、SiN或其它耐火資料的涂層，包括分散法和化學(xué)氣相堆積法等。第四節(jié)第四節(jié) 混雜纖維復(fù)合資料混雜纖維復(fù)合資料 混雜纖維復(fù)合資料是指兩種或兩種以上纖維混雜加強(qiáng)一種基體構(gòu)成的復(fù)合資料重要意義：節(jié)約本錢，經(jīng)過采用廉價(jià)的玻璃纖維取代昂貴的碳纖維來降低本錢；經(jīng)過對(duì)所用纖維及其體積含量的優(yōu)化選擇，從而到達(dá)較寬范圍的物理和機(jī)械性能可以得到獨(dú)特的單項(xiàng)或組合的性質(zhì)，這是只用單一類型纖