第一章 復(fù)合材料力學(xué)緒論

1、復(fù)合材料及其力學(xué)基礎(chǔ)復(fù)合材料及其力學(xué)基礎(chǔ)西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)應(yīng)用力學(xué)與工程系應(yīng)用力學(xué)與工程系20142014年年2 2月月第一章第一章 緒論緒論 1-1 復(fù)合材料的定義及分類(lèi) 1-3 復(fù)合材料的力學(xué)分析方法1-4 復(fù)合材料的性能 1-5 復(fù)合材料的應(yīng)用 1-6 復(fù)合材料的構(gòu)造及制法 1-2 復(fù)合材料的組分 1-1 1-1 復(fù)合材料的定義及分類(lèi)復(fù)合材料的定義及分類(lèi) 一、復(fù)合材料的定義一、復(fù)合材料的定義廣義：廣義：由兩相或多相組分構(gòu)成的材料（包括自然的由兩相或多相組分構(gòu)成的材料（包括自然的和人工的）。和人工的）。 狹義：狹義：由由兩種兩種或或多種不同性質(zhì)多種不同性質(zhì)的材料用物理和化學(xué)的材料用物

2、理和化學(xué)方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。1、定義、定義 復(fù)合材料的發(fā)展，經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)復(fù)合材料的發(fā)展，經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段階段 自古以來(lái)，人們就會(huì)使用天然的復(fù)合材料自古以來(lái)，人們就會(huì)使用天然的復(fù)合材料木材、木材、竹、骨骼等。最原始的人造復(fù)合材料是在粘土泥漿中竹、骨骼等。最原始的人造復(fù)合材料是在粘土泥漿中摻稻草，制成土坯磚。摻稻草，制成土坯磚。 近代復(fù)合材料最早的有近代復(fù)合材料最早的有玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂（如酚醛樹(shù)（如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等）脂、環(huán)氧樹(shù)脂等）玻璃鋼。玻璃鋼。 原子能、航空、航天、電子、化工等的發(fā)展，對(duì)

3、材料原子能、航空、航天、電子、化工等的發(fā)展，對(duì)材料的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高韌性、耐高溫、耐磨、耐腐的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高韌性、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、電性能等提出了更高要求，使現(xiàn)代蝕、電性能等提出了更高要求，使現(xiàn)代先進(jìn)復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料蓬勃發(fā)展起來(lái)蓬勃發(fā)展起來(lái)高性能纖維高性能纖維和其他各種形式的復(fù)合和其他各種形式的復(fù)合材料材料 復(fù)合材料應(yīng)具有如下三個(gè)特點(diǎn)：復(fù)合材料應(yīng)具有如下三個(gè)特點(diǎn)：由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過(guò)宏觀由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元間存在著或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元間存在著明顯的界面；明顯的界面；各組元不但保持各自的固有

4、特性，而且還最大限各組元不但保持各自的固有特性，而且還最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特殊性能；元所不具備的優(yōu)良特殊性能；復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。2、特點(diǎn)、特點(diǎn)3、基體和增強(qiáng)體、基體和增強(qiáng)體 基基 體：體：復(fù)合材料中比較連續(xù)的相；復(fù)合材料中比較連續(xù)的相；增強(qiáng)相：增強(qiáng)相：其它一些以獨(dú)立形態(tài)分布于整個(gè)連其它一些以獨(dú)立形態(tài)分布于整個(gè)連 續(xù)相中的分散相；續(xù)相中的分散相；界界 面：面：兩者之間的結(jié)合部稱(chēng)為界面。兩者之間的結(jié)合部稱(chēng)為界面。 二、復(fù)合材料的分類(lèi)二、復(fù)合材料的分類(lèi) 1、按來(lái)源分：、按來(lái)源分：天然（竹、

5、木材、麻等）；天然（竹、木材、麻等）；人工人工 2、按基體材料的種類(lèi)分：、按基體材料的種類(lèi)分：聚合物基復(fù)合材料：熱固性、熱塑性、橡膠；聚合物基復(fù)合材料：熱固性、熱塑性、橡膠；金屬基復(fù)合材料：鋁，鈦合金；金屬基復(fù)合材料：鋁，鈦合金；陶瓷基復(fù)合材料；陶瓷基復(fù)合材料；石墨基復(fù)合材料：石墨基復(fù)合材料：C-C；混凝土基復(fù)合材料混凝土基復(fù)合材料 3、按增強(qiáng)相分類(lèi)：、按增強(qiáng)相分類(lèi)：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：長(zhǎng)纖維，短纖維；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：長(zhǎng)纖維，短纖維；晶須增強(qiáng)復(fù)合材料；晶須增強(qiáng)復(fù)合材料；顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料；顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料；混合增強(qiáng)復(fù)合材料：不同形態(tài)的增強(qiáng)相共同增強(qiáng)混合增強(qiáng)復(fù)合材料：不同形態(tài)的增強(qiáng)相共同增強(qiáng)的復(fù)合

6、材料。的復(fù)合材料。4、按用途分類(lèi)：、按用途分類(lèi)：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；功能復(fù)合材料：電磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)及摩功能復(fù)合材料：電磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)及摩擦、阻尼材料；擦、阻尼材料； 智能復(fù)合材料：自適應(yīng)環(huán)境。智能復(fù)合材料：自適應(yīng)環(huán)境。 1-2 1-2 復(fù)合材料的組分復(fù)合材料的組分 1-2-1 樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料一、纖維（增強(qiáng)體）一、纖維（增強(qiáng)體） 1、對(duì)纖維的基本要求、對(duì)纖維的基本要求 1）力學(xué)性能：一般要求要高）力學(xué)性能：一般要求要高2）表面狀態(tài)：應(yīng)易于與樹(shù)脂浸潤(rùn)）表面狀態(tài)：應(yīng)易于與樹(shù)脂浸潤(rùn)3）長(zhǎng)度、根數(shù)及捻度：長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足）長(zhǎng)度、根數(shù)及捻度：長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足FRC的要求；的要求；

7、纖維束絲中單絲根數(shù)應(yīng)能符合纖維束絲中單絲根數(shù)應(yīng)能符合FRC每層壓厚的要求。每層壓厚的要求。6）環(huán)扣強(qiáng)度：是衡量纖維柔韌性的一個(gè)指標(biāo)，可用）環(huán)扣強(qiáng)度：是衡量纖維柔韌性的一個(gè)指標(biāo)，可用來(lái)表明纖維工藝性能的好壞。來(lái)表明纖維工藝性能的好壞。 4）細(xì)度和均勻度：細(xì)度是指單絲直徑；均勻度是指）細(xì)度和均勻度：細(xì)度是指單絲直徑；均勻度是指直徑的均勻程度，須滿(mǎn)足一定的規(guī)定。直徑的均勻程度，須滿(mǎn)足一定的規(guī)定。5）毛絲，毛團(tuán)：為纖維束中的雜質(zhì)，在一定纖維束）毛絲，毛團(tuán)：為纖維束中的雜質(zhì)，在一定纖維束長(zhǎng)度上不允許超過(guò)一定數(shù)目。長(zhǎng)度上不允許超過(guò)一定數(shù)目。2、纖維的分類(lèi)：、纖維的分類(lèi)： 無(wú)機(jī)纖維：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維

8、及氧化硅、無(wú)機(jī)纖維：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維及氧化硅、氧化鋁纖維等；氧化鋁纖維等；有機(jī)纖維：芳綸纖維、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。有機(jī)纖維：芳綸纖維、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。1）玻璃纖維）玻璃纖維 3、幾種常用的纖維、幾種常用的纖維 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度2.54.58GPa；密度；密度2.142.55g/cm3；拉伸模；拉伸模量量 5586GPa；延伸率；延伸率 3.375.2% 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度1.7GPa；拉伸模量；拉伸模量200400GPa；耐高溫：；耐高溫：2000 。2）碳纖維）碳纖維 3）芳綸）芳綸 拉伸強(qiáng)度高，約為鋁合金的拉伸強(qiáng)度高，約為鋁合金的5倍；彈性模量高，比玻倍；彈性模量高，比玻

9、璃纖維高璃纖維高1倍；密度??；韌性好倍；密度小；韌性好 。 4）硼纖維）硼纖維 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度3.45GPa；密度；密度2.42.6g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 400GPa5）氧化鋁纖維）氧化鋁纖維 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度1.72.0GPa；密度；密度3.95g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 380GPa6）碳化硅纖維）碳化硅纖維 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度3.35GPa；密度；密度3.05g/cm3；拉伸模量；拉伸模量400GPa玻璃纖維繩玻璃纖維布玻璃纖維繩玻璃纖維紙納米碳管纖維碳纖維繩二、樹(shù)脂基體二、樹(shù)脂基體1、FRC樹(shù)脂基體的基本要求樹(shù)脂基體的基本要求 1）分子量及其分布：分子量要適中，其分布范圍

10、）分子量及其分布：分子量要適中，其分布范圍應(yīng)盡量小。應(yīng)盡量小。2）粘度和流動(dòng)性：若樹(shù)脂粘度小，則易于浸漬纖）粘度和流動(dòng)性：若樹(shù)脂粘度小，則易于浸漬纖維，并且流動(dòng)性好。維，并且流動(dòng)性好。3）揮發(fā)分）揮發(fā)分 ：樹(shù)脂揮發(fā)分應(yīng)盡量小：樹(shù)脂揮發(fā)分應(yīng)盡量小4）固化特性：要求固化溫度盡可能低，固化壓力）固化特性：要求固化溫度盡可能低，固化壓力盡可能小，固化時(shí)間盡可能短。盡可能小，固化時(shí)間盡可能短。5）力學(xué)性能：具有一定的強(qiáng)度，模量，延伸率，）力學(xué)性能：具有一定的強(qiáng)度，模量，延伸率，壓縮性能。壓縮性能。6）與纖維的相容性：要好。）與纖維的相容性：要好。7）耐熱性能：包含耐溫性和耐熱老化性。）耐熱性能：包含耐溫

11、性和耐熱老化性。8）有耐腐蝕性能，介電性能，阻燃性，自熄性）有耐腐蝕性能，介電性能，阻燃性，自熄性等。等。2、樹(shù)脂的分類(lèi)、樹(shù)脂的分類(lèi)分為熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂兩類(lèi)。分為熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂兩類(lèi)。 熱固性：熱固性：加溫和加壓固化，不溶不熔，不可再利用。加溫和加壓固化，不溶不熔，不可再利用。如聚酯，環(huán)氧，聚酰亞胺，酚醛等。如聚酯，環(huán)氧，聚酰亞胺，酚醛等。熱塑性：熱塑性：加熱液化，可溶可熔，結(jié)晶態(tài)有固定熔點(diǎn)，加熱液化，可溶可熔，結(jié)晶態(tài)有固定熔點(diǎn)，可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等?？稍倮?。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。1、MMC對(duì)增強(qiáng)體的基本要求對(duì)增強(qiáng)體的基本要求1-2-2 金屬基復(fù)合材料金

12、屬基復(fù)合材料一、增強(qiáng)體一、增強(qiáng)體1）應(yīng)具有能明顯提高金屬基體所需特性的性能；）應(yīng)具有能明顯提高金屬基體所需特性的性能；2）應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在金屬基復(fù)合材料）應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在金屬基復(fù)合材料制備和使用過(guò)程中基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)制備和使用過(guò)程中基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)；生嚴(yán)重的界面反應(yīng)；3）與金屬有良好的浸潤(rùn)性或通過(guò)表面處理能與金）與金屬有良好的浸潤(rùn)性或通過(guò)表面處理能與金屬良好浸潤(rùn)，以保證增強(qiáng)物與金屬基體良好的復(fù)合屬良好浸潤(rùn)，以保證增強(qiáng)物與金屬基體良好的復(fù)合和均勻分布。和均勻分布。2、分類(lèi)、分類(lèi) 按形態(tài)可分為長(zhǎng)纖維、短纖維、晶須和顆粒增按形態(tài)可分為長(zhǎng)纖維

13、、短纖維、晶須和顆粒增強(qiáng)體；從材質(zhì)來(lái)看有碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅強(qiáng)體；從材質(zhì)來(lái)看有碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、石墨纖維、碳化鈦纖維、氮化硼纖維等。纖維、石墨纖維、碳化鈦纖維、氮化硼纖維等。二、基體二、基體 1、選擇基體應(yīng)注意的事項(xiàng)、選擇基體應(yīng)注意的事項(xiàng) 1）滿(mǎn)足金屬基復(fù)合材料的不同使用要求）滿(mǎn)足金屬基復(fù)合材料的不同使用要求 飛行器和衛(wèi)星構(gòu)件飛行器和衛(wèi)星構(gòu)件密度小的輕金屬合金，如密度小的輕金屬合金，如Mg、Al合金；合金；高性能發(fā)動(dòng)機(jī)高性能發(fā)動(dòng)機(jī)耐高溫的合金，如耐高溫的合金，如Ti、Ni基合金；基合金；汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)耐磨，耐熱，導(dǎo)熱，一定的高溫強(qiáng)度，耐磨，耐熱，導(dǎo)熱，一定的高溫強(qiáng)度，

14、價(jià)廉的合金，如價(jià)廉的合金，如Al合金；合金；電子工業(yè)集成電路電子工業(yè)集成電路高導(dǎo)熱，低熱膨脹材料，如銀，高導(dǎo)熱，低熱膨脹材料，如銀，銅，鋁等金屬。銅，鋁等金屬。2）應(yīng)注意金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)）應(yīng)注意金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)長(zhǎng)纖維復(fù)合材料長(zhǎng)纖維復(fù)合材料純或含有少量合金元素的合金，純或含有少量合金元素的合金，如純鋁或鋁合金（低強(qiáng)度）；如純鋁或鋁合金（低強(qiáng)度）；不連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料不連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料高強(qiáng)度合金高強(qiáng)度合金。1-3 1-3 復(fù)合材料的性能復(fù)合材料的性能 一、復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)一、復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn) 1. 材料性能的可設(shè)計(jì)性材料性能的可設(shè)計(jì)性 其宏觀性能可根據(jù)人們的需要通過(guò)細(xì)觀性能來(lái)設(shè)計(jì)，其宏觀

15、性能可根據(jù)人們的需要通過(guò)細(xì)觀性能來(lái)設(shè)計(jì)，因此可充分發(fā)揮材料的潛力。因此可充分發(fā)揮材料的潛力。 2. 制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低。制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低。3. 化學(xué)穩(wěn)定性高?；瘜W(xué)穩(wěn)定性高。4、比強(qiáng)度，比剛度高比強(qiáng)度，比剛度高 材料材料密度密度模量模量(GPa)強(qiáng)度強(qiáng)度(MPa)比剛度比剛度比強(qiáng)度比強(qiáng)度連續(xù)連續(xù)S-玻璃纖玻璃纖維維/環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂1.9960175030.287925%SiCw/氧氧化鋁化鋁3.7390900（彎曲（彎曲強(qiáng)度）強(qiáng)度）105243.2GRP(GF/EP)1.838.615002104833.3CRP(CF/EP)1.6181.01062113.1663.850%Al2O

16、3f/Al2.913090049310高強(qiáng)高強(qiáng)Al合金合金2.46840028.8166.7A3鋼鋼7.8621046027597、其它的特殊性能：其它的特殊性能： 5、高、低溫性能好，膨脹系數(shù)小高、低溫性能好，膨脹系數(shù)小6、耐磨、減摩，自潤(rùn)性好耐磨、減摩，自潤(rùn)性好 具有耐燒蝕性，耐輻射性，耐蠕變性以及特殊的光，具有耐燒蝕性，耐輻射性，耐蠕變性以及特殊的光，電，磁性能。電，磁性能。 二、復(fù)合材料的缺點(diǎn)二、復(fù)合材料的缺點(diǎn) 1. 材料性能的各向異性嚴(yán)重材料性能的各向異性嚴(yán)重 垂直于纖維方向的力學(xué)性能較低，特別是層間剪切強(qiáng)垂直于纖維方向的力學(xué)性能較低，特別是層間剪切強(qiáng)度很低。度很低。 2. 材料性能

17、分散性較大，質(zhì)量控制和材料性能分散性較大，質(zhì)量控制和 檢測(cè)比較困難。檢測(cè)比較困難。3. 材料成本較高。材料成本較高。4. 有些復(fù)合材料韌性差，機(jī)械連接較困難。有些復(fù)合材料韌性差，機(jī)械連接較困難。1-4 1-4 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 一、航空航天工程一、航空航天工程 碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料：發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料：發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。 硼纖維硼纖維/鋁：鋁：TF30-發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。玻璃鋼：直升機(jī)旋翼。玻璃鋼：直升機(jī)旋翼。 CF/GF復(fù)合材料：軍用飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身。復(fù)合材料：軍用飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身。 石墨纖維復(fù)合材料：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)石墨纖維復(fù)合材料：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) CF/KF混雜復(fù)合材料：起落

18、架，艙門(mén)混雜復(fù)合材料：起落架，艙門(mén)復(fù)合材料的應(yīng)用實(shí)例復(fù)合材料的應(yīng)用實(shí)例 碳纖維碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂 碳纖維碳纖維/芳綸芳綸/環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂 玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料 芳綸芳綸/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺 芳綸芳綸/泡沫芯板泡沫芯板 碳纖維碳纖維/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺GLARE蒙皮用于蒙皮用于A380飛機(jī)的上機(jī)身蒙皮飛機(jī)的上機(jī)身蒙皮B-2隱形轟炸機(jī)隱形轟炸機(jī) 除主體結(jié)構(gòu)是鈦復(fù)合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨除主體結(jié)構(gòu)是鈦復(fù)合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨等復(fù)合材料構(gòu)成，不易反射。等復(fù)合材料構(gòu)成，不易反射。輕巧的碳輕巧的碳/碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料全復(fù)合材料機(jī)身：輕型機(jī)的價(jià)格，中型機(jī)的寬敞

19、客艙，客全復(fù)合材料機(jī)身：輕型機(jī)的價(jià)格，中型機(jī)的寬敞客艙，客艙內(nèi)站立高度為艙內(nèi)站立高度為1.65米。米。目前商用飛機(jī)上復(fù)合材料僅占全機(jī)重量的目前商用飛機(jī)上復(fù)合材料僅占全機(jī)重量的50%，而，而某些直升機(jī)早已達(dá)到某些直升機(jī)早已達(dá)到90%荷蘭計(jì)劃研發(fā)新型綠色環(huán)保飛機(jī)荷蘭計(jì)劃研發(fā)新型綠色環(huán)保飛機(jī) 外形將酷似飛碟，另一個(gè)設(shè)想就是使用復(fù)合材料，如纖維增強(qiáng)外形將酷似飛碟，另一個(gè)設(shè)想就是使用復(fù)合材料，如纖維增強(qiáng)塑料。這種復(fù)合材料強(qiáng)度可與金屬媲美，而重量卻比金屬輕得塑料。這種復(fù)合材料強(qiáng)度可與金屬媲美，而重量卻比金屬輕得多，因此可以節(jié)省燃油。多，因此可以節(jié)省燃油。二、機(jī)械工業(yè)二、機(jī)械工業(yè) 主要用于閥、泵、齒輪、風(fēng)機(jī)

20、、風(fēng)片、軸及主要用于閥、泵、齒輪、風(fēng)機(jī)、風(fēng)片、軸及密封件等。密封件等。三、汽車(chē)工業(yè)及交通運(yùn)輸行業(yè)三、汽車(chē)工業(yè)及交通運(yùn)輸行業(yè) 主要用于整車(chē)重量的降低，是復(fù)合材料應(yīng)用主要用于整車(chē)重量的降低，是復(fù)合材料應(yīng)用最活躍的行業(yè)之一。最活躍的行業(yè)之一。四、化學(xué)工業(yè)四、化學(xué)工業(yè)耐蝕件，各種容器耐蝕件，各種容器。碳碳/碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料復(fù)合材料軍用吉普車(chē)復(fù)合材料軍用吉普車(chē)玻璃纖維玻璃纖維/碳纖維碳纖維/增強(qiáng)樹(shù)脂增強(qiáng)樹(shù)脂美洲輕木美洲輕木泡沫泡沫超級(jí)跑車(chē)超級(jí)跑車(chē)車(chē)身大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料車(chē)身大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料五、兵器工業(yè)五、兵器工業(yè) 復(fù)合裝甲，防彈頭盔復(fù)合裝甲，防彈頭盔 船舶業(yè)，生物醫(yī)學(xué)，運(yùn)動(dòng)器械，食品工業(yè)等。

21、船舶業(yè)，生物醫(yī)學(xué)，運(yùn)動(dòng)器械，食品工業(yè)等。六、建筑領(lǐng)域六、建筑領(lǐng)域玻璃纖維增強(qiáng)水泥，玻璃鋼等。玻璃纖維增強(qiáng)水泥，玻璃鋼等。七、其他領(lǐng)域七、其他領(lǐng)域綠可木，生態(tài)木塑復(fù)合材料，綠可木，生態(tài)木塑復(fù)合材料，木塑復(fù)合材料吸音板木塑復(fù)合材料吸音板復(fù)合材料（玻璃鋼）制品復(fù)合材料（玻璃鋼）制品生物醫(yī)學(xué)制品和體育運(yùn)動(dòng)生物醫(yī)學(xué)制品和體育運(yùn)動(dòng)復(fù)合材料被用來(lái)預(yù)防受傷，矯正生理復(fù)合材料被用來(lái)預(yù)防受傷，矯正生理機(jī)能，和幫助病人復(fù)原。機(jī)能，和幫助病人復(fù)原。生物醫(yī)學(xué)制品和以體育運(yùn)動(dòng)器材為主生物醫(yī)學(xué)制品和以體育運(yùn)動(dòng)器材為主的碳纖維復(fù)合材料制品的碳纖維復(fù)合材料制品碳纖維碳纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料樹(shù)脂復(fù)合材料生產(chǎn)充氣船及其膠布制品，采用國(guó)

22、際上先進(jìn)的生產(chǎn)充氣船及其膠布制品，采用國(guó)際上先進(jìn)的A級(jí)級(jí)RTP復(fù)合材料復(fù)合材料新型日光溫室復(fù)合材料新型日光溫室復(fù)合材料溫室骨架和縱拉桿全部采用復(fù)合材料制成溫室骨架和縱拉桿全部采用復(fù)合材料制成熱塑性復(fù)合材料在近熱塑性復(fù)合材料在近20年中，增長(zhǎng)速率持續(xù)較快，年中，增長(zhǎng)速率持續(xù)較快，是熱固性的是熱固性的3倍。倍。聚合物納米復(fù)合材料聚合物納米復(fù)合材料聚合物聚合物層狀粘土層狀粘土傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的復(fù)合材料復(fù)合材料插入的插入的納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料片狀剝片狀剝離的離的納米復(fù)納米復(fù)合材料合材料新型的納米黏土新型的納米黏土片層越小，分散得越好，則復(fù)合材料的性能越好片層越小，分散得越好，則復(fù)合材料的性能越好http

23、:/ 1-6 復(fù)合材料的構(gòu)造及制法復(fù)合材料的構(gòu)造及制法 1-6-1 復(fù)合材料的基本構(gòu)造形式復(fù)合材料的基本構(gòu)造形式 纖維按一個(gè)方向整齊排列或由雙向交織纖維平面纖維按一個(gè)方向整齊排列或由雙向交織纖維平面排列。（各向異性、線(xiàn)彈性）排列。（各向異性、線(xiàn)彈性） 1，2，3材料的主軸：縱向：纖維方向（材料的主軸：縱向：纖維方向（1）；橫）；橫向：垂直于纖維方向（向：垂直于纖維方向（2）；厚度方向（）；厚度方向（3）：）：一、單層復(fù)合材料一、單層復(fù)合材料 二、疊層復(fù)合材料（層合板）二、疊層復(fù)合材料（層合板） 由多層的單層板鋪放成疊層形式，進(jìn)行粘合，經(jīng)由多層的單層板鋪放成疊層形式，進(jìn)行粘合，經(jīng)過(guò)加熱固化形成，

24、各層單層板的纖維方向一般不同。過(guò)加熱固化形成，各層單層板的纖維方向一般不同。 表示方法表示方法 a a/0o/90o/-a a三、短纖維復(fù)合材料三、短纖維復(fù)合材料 由隨機(jī)或單向排列的短切纖維組成。由隨機(jī)或單向排列的短切纖維組成。 隨機(jī)取向：各向同性隨機(jī)取向：各向同性 單向取向：各向異性單向取向：各向異性四、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料四、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 顆粒隨機(jī)分布，宏觀各向同性。顆粒隨機(jī)分布，宏觀各向同性。一、樹(shù)脂基復(fù)合材料一、樹(shù)脂基復(fù)合材料1-6-2 復(fù)合材料復(fù)合材料成型方法成型方法1、接觸成型：手糊成型；噴射成型。、接觸成型：手糊成型；噴射成型。2、壓力成型：模壓、袋壓或?qū)訅撼尚?。、壓力成型：模?/p>

25、、袋壓或?qū)訅撼尚汀?、纏繞成型：生產(chǎn)、纏繞成型：生產(chǎn)PMC回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。4、編織成型：制備多向、三維復(fù)合材料。、編織成型：制備多向、三維復(fù)合材料。6、其他成型：注射、拉擠或樹(shù)脂傳遞成型。、其他成型：注射、拉擠或樹(shù)脂傳遞成型。5、夾層結(jié)構(gòu)制造成型、夾層結(jié)構(gòu)制造成型二、金屬基復(fù)合材料二、金屬基復(fù)合材料1、固態(tài)成型：擴(kuò)散結(jié)合或粉末冶金成型。、固態(tài)成型：擴(kuò)散結(jié)合或粉末冶金成型。2、液態(tài)成型：壓鑄、半固態(tài)復(fù)合鑄造或無(wú)壓、液態(tài)成型：壓鑄、半固態(tài)復(fù)合鑄造或無(wú)壓滲透成型。滲透成型。3、噴涂和噴射沉積成型、噴涂和噴射沉積成型4、原位復(fù)合成型：共晶合金定向凝固法、直、原位復(fù)合成型：共晶合金定向凝固法、直

26、接金屬氧化法和反應(yīng)生成法。接金屬氧化法和反應(yīng)生成法。3 樹(shù)脂基復(fù)合材料成型技術(shù)簡(jiǎn)介樹(shù)脂基復(fù)合材料成型技術(shù)簡(jiǎn)介3.1 手糊成型手糊成型 手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的樹(shù)脂基體脫模劑、膠衣、粘度適中的樹(shù)脂基體( (膠衣凝膠后膠衣凝膠后涂覆涂覆) )，手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮估w維浸漬基體，并驅(qū)除，手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮估w維浸漬基體，并驅(qū)除氣泡，壓實(shí)基層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到氣泡，壓實(shí)基層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。制品的設(shè)計(jì)厚度。重點(diǎn)介紹手糊成型及模壓成型重點(diǎn)介紹手糊成型及模壓成型一一 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1 1、不受產(chǎn)品尺寸和形狀的

27、限制，適宜尺寸大，批、不受產(chǎn)品尺寸和形狀的限制，適宜尺寸大，批量小，整體式及結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的制作；量小，整體式及結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的制作；2 2、可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理利用增強(qiáng)材料，可以在、可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理利用增強(qiáng)材料，可以在制品不同部位任意局部增強(qiáng)；制品不同部位任意局部增強(qiáng)；3 3、制品樹(shù)脂含量可調(diào)，耐腐蝕性能好；、制品樹(shù)脂含量可調(diào)，耐腐蝕性能好；4 4、設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作方便，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作方便，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，工藝簡(jiǎn)便。短，工藝簡(jiǎn)便。1、生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)衛(wèi)生條、生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)衛(wèi)生條件差；件差；2、產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高；、產(chǎn)品質(zhì)量不

28、易控制，性能穩(wěn)定性不高；3、產(chǎn)品強(qiáng)度較其他成型工藝低，尺寸精度、產(chǎn)品強(qiáng)度較其他成型工藝低，尺寸精度較差。較差。二二 缺點(diǎn)缺點(diǎn)纖維增強(qiáng)材料纖維增強(qiáng)材料處理處理剪裁剪裁固化固化手糊成型手糊成型檢驗(yàn)檢驗(yàn)后處理后處理樹(shù)脂樹(shù)脂脫模脫模修整修整成品成品固化劑固化劑干燥干燥模具模具涂脫模劑涂脫模劑輔助材料輔助材料樹(shù)脂膠液配樹(shù)脂膠液配制制增強(qiáng)材料準(zhǔn)增強(qiáng)材料準(zhǔn)備備準(zhǔn)備準(zhǔn)備準(zhǔn)備準(zhǔn)備為下一次手糊為下一次手糊成型做準(zhǔn)備成型做準(zhǔn)備基本工藝流程基本工藝流程3.2 模壓成型模壓成型1、生產(chǎn)效率較高；、生產(chǎn)效率較高；2、制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔；、制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔；3、可一次成型，無(wú)需二次加工；、可一次成型，無(wú)需二次加工

29、；4、制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)、制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。械化和自動(dòng)化。一一 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)二二 缺點(diǎn)缺點(diǎn)1、模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，壓機(jī)及模具投資高；、模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，壓機(jī)及模具投資高；2、制品尺寸受設(shè)備限制，一般只適合批量、制品尺寸受設(shè)備限制，一般只適合批量大的中、小型制品。大的中、小型制品。二二 工藝流程工藝流程模具預(yù)熱模具預(yù)熱脫模劑涂刷脫模劑涂刷料的稱(chēng)量料的稱(chēng)量料預(yù)熱和料預(yù)熱和預(yù)成型預(yù)成型裝模裝模壓制壓制脫模脫模打底及輔打底及輔助加工助加工檢驗(yàn)檢驗(yàn)成品成品后處理后處理壓制前準(zhǔn)備壓制前準(zhǔn)備壓制壓制4.1 固態(tài)法固態(tài)法4 金屬基復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)介金屬基復(fù)合材料制

30、備工藝簡(jiǎn)介只介紹固態(tài)法和液態(tài)法兩大類(lèi)只介紹固態(tài)法和液態(tài)法兩大類(lèi) 擴(kuò)散結(jié)合工藝中主要有三個(gè)關(guān)鍵步驟：擴(kuò)散結(jié)合工藝中主要有三個(gè)關(guān)鍵步驟：（1）纖維的排布；（）纖維的排布；（2）復(fù)合材料的疊加和真）復(fù)合材料的疊加和真空封裝；（空封裝；（3）熱壓。其具體工藝流程如下：）熱壓。其具體工藝流程如下：一、擴(kuò)散結(jié)合法一、擴(kuò)散結(jié)合法 是制造連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的是制造連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝方法。傳統(tǒng)工藝方法。 其關(guān)鍵步是熱壓，必須控制好熱壓工藝其關(guān)鍵步是熱壓，必須控制好熱壓工藝參數(shù)：主要為溫度，壓力和時(shí)間。參數(shù)：主要為溫度，壓力和時(shí)間。 對(duì) 硼 纖 維 增 強(qiáng) 鋁 復(fù) 合 材 料 ： 溫 度

31、 為對(duì) 硼 纖 維 增 強(qiáng) 鋁 復(fù) 合 材 料 ： 溫 度 為500600；壓力為；壓力為5070MPa；時(shí)間為；時(shí)間為0.52小時(shí)。小時(shí)。 缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，手工操作多，成本高。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，手工操作多，成本高。二、粉末冶金法二、粉末冶金法 既可適用于連續(xù)，長(zhǎng)纖維增強(qiáng)，又可用于既可適用于連續(xù)，長(zhǎng)纖維增強(qiáng)，又可用于短纖維，顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)的金屬基復(fù)合材料。短纖維，顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)的金屬基復(fù)合材料。1、長(zhǎng)纖維復(fù)合材料工藝、長(zhǎng)纖維復(fù)合材料工藝 纖維與基體按一定比例混合纖維與基體按一定比例混合封裝、排氣封裝、排氣熱等靜壓（熱等靜壓（HIP）成型）成型機(jī)加工（或二次加機(jī)加工（或二次加工改變性能）。工改變性

32、能）。 熱等靜壓封裝，排氣配比，混合基體粉末增強(qiáng)材料冷等靜壓冷等靜壓（CIP）繞結(jié)繞結(jié)熱擠壓熱擠壓機(jī)加工機(jī)加工2、短纖維、顆?；蚓ы殢?fù)合材料工藝、短纖維、顆粒或晶須復(fù)合材料工藝 適用于批量制造短纖維、晶須增強(qiáng)金屬基適用于批量制造短纖維、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料零部件，形狀，尺寸均可接近零部件復(fù)合材料零部件，形狀，尺寸均可接近零部件的最終尺寸。二次加工量小，成本低。的最終尺寸。二次加工量小，成本低。2-3-2 液態(tài)法液態(tài)法 液態(tài)法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增液態(tài)法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝，與固態(tài)法相比，強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝，與固態(tài)法相比，其工藝設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)便易行，和傳統(tǒng)金屬材料的其工藝設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)便易行，和傳統(tǒng)金屬材料的成型工藝非常相似，制作成本較低。成型工藝非常相似，制作成本較低。壓鑄成型壓鑄成型工藝流程：工藝流程：預(yù)制件預(yù)熱預(yù)制件預(yù)熱預(yù)制件入模預(yù)制件入模涂入液態(tài)金屬涂入液態(tài)金屬加壓滲透加壓滲透加壓保壓凝固加壓保壓凝固脫脫 模模二次加工成形二次加工成形纖維預(yù)制件脫模干燥注入模具中攪拌粘結(jié)劑水增強(qiáng)材料（關(guān)鍵是預(yù)制件的制備）（關(guān)鍵是預(yù)制件的制備）1、纖維與基體金屬的潤(rùn)濕性，