復(fù)合材料概論聚合物基復(fù)合材料詳解演示文稿

復(fù)合材料概論聚合物基復(fù)合材料詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)優(yōu)選復(fù)合材料概論聚合物基復(fù)合材料目前二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料：聚合物基復(fù)合材料是以有機(jī)聚合物為基體，纖維類增強(qiáng)材料為增強(qiáng)劑的復(fù)合材料?；w材料由于其粘接性能好，把纖維牢固地粘接起來。同時(shí)，基體又能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，并允許纖維承受壓縮和剪切載荷。纖維和基體之間的良好的復(fù)合顯示了各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具有許多優(yōu)良特性。

目前三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)發(fā)展簡況聚合物基復(fù)合材料發(fā)展史第一階段：20世紀(jì)40年代初~20世紀(jì)60年代。聚合物基復(fù)合材料發(fā)展史第二階段：20世紀(jì)60年代中期~20世紀(jì)80年代初聚合物基復(fù)合材料發(fā)展史第二階段：20世紀(jì)60年代中期~20世紀(jì)80年代初目前四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料的特點(diǎn)1.比強(qiáng)度和比模量高聚合物基復(fù)合材料的突出優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度及比模量高。比強(qiáng)度是材料的強(qiáng)度與密度之比值，比模量是材料的模量與密度之比值，其量綱均為長度。復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和高比模量來源于增強(qiáng)纖維的高性能和低密度。玻璃纖維由于模量相對較低、密度較高，其玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料的比模量略低于金屬材料。目前五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2.耐疲勞性能好，破損安全性能高

金屬材料的疲勞破壞常常是沒有明顯預(yù)兆的突發(fā)性破壞。復(fù)合材料中纖維與基體的界面能阻止裂紋的擴(kuò)展，其疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，裂紋擴(kuò)展或損傷逐步進(jìn)行，時(shí)間長，破壞前有明顯的預(yù)兆。復(fù)合材料的破壞不像傳統(tǒng)材料由于主裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展而突然發(fā)生，而是經(jīng)歷基體開裂、界而脫粘、纖維拔出、斷裂等一系列損傷的發(fā)展過程。基體中有大量獨(dú)立的纖維，當(dāng)少數(shù)纖維發(fā)生斷裂時(shí)，其失支部分載荷又會通過基體的傳遞面迅速分散到其他完好的纖維上去，復(fù)合材料在短期內(nèi)不會因此而喪失承載能力。內(nèi)部有缺陷、裂紋時(shí)，也不會突然發(fā)展而斷裂。目前六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3.阻尼減震性好復(fù)合材料有較高的自振頻率，其結(jié)構(gòu)一般不易產(chǎn)生共振。同時(shí)，復(fù)合材料基體與纖維的界面有較大的吸收振動能量的能力，致使材料的振動阻尼很高，一旦震動起來，在較短時(shí)間內(nèi)也可停下來。4.具有多種功能性(1)瞬時(shí)耐高溫性、耐燒蝕性好。玻璃鋼的導(dǎo)熱系數(shù)只有金屬材料的1％，同時(shí)可制成具有較高比熱容、熔融熱和氣化熱的材料，可用作導(dǎo)彈頭錐的耐燒燭防護(hù)材料。（P79）(2)優(yōu)異的電絕緣性能和高頻介電性能。玻璃鋼是性能優(yōu)異的高頻絕緣材料。同時(shí)具有良好的高頻介電性能，可用作雷達(dá)罩的高頻透波材料。(3)良好的摩擦性能。碳纖維的低摩擦系數(shù)和自潤滑性，其復(fù)合材料具有良好的摩阻特性和減摩特性。(4)優(yōu)良的耐腐蝕性。(5)有特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)的特性。目前七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.良好的加工工藝性(1)可以根據(jù)制品的使用條件、性能要求選擇纖維、基體等原材料，即材料具有可設(shè)計(jì)性。(2)可以根據(jù)制品的形狀、大小、數(shù)量選擇加工成型方法。(3)可整體成型，減少裝配果件的數(shù)量，節(jié)省工時(shí)，節(jié)省材料，減輕質(zhì)量。6.各向異性和性能的可設(shè)計(jì)性纖維復(fù)合材料一個(gè)突出的特點(diǎn)是各向異性，與之相關(guān)的是性能的可設(shè)計(jì)性。纖維復(fù)合材料的力學(xué)、物理性能除了由纖維、樹脂的種類和體積含量而定外，還與纖維的排列方向、鋪層次序和層數(shù)密切相關(guān)。因此，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布及使用條件的不問，選取相應(yīng)的材料及鋪層設(shè)計(jì)來滿足既定的要求。利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)制件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。目前八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)分類復(fù)合材料增強(qiáng)纖維種類玻璃纖維增強(qiáng)型碳纖維增強(qiáng)型芳綸纖維增強(qiáng)型基體材料性能通用型耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕型耐高溫型復(fù)合材料成型固化方式常溫常壓固化成型高溫加壓固化成型阻燃型聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式熱固性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料目前九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料(代號GFRP)玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料是指玻璃纖維(包括長纖維、布、帶、氈等)做為增強(qiáng)材料，熱固性塑料(包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等)做為基體的纖維增強(qiáng)塑料。俗稱玻璃鋼。根據(jù)基體種類不同，可將GFRP分成三類，即玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂。

目前十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)GFRP的突出特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度高。比金屬鋁輕而比強(qiáng)度比高級合金鋼還高?！安Ａт摗边@個(gè)名稱便由此而來。還具有良好的耐腐蝕性，在酸、堿、有機(jī)溶劑、海水中均很穩(wěn)定，良好的電絕緣材料，電阻率和擊穿電壓強(qiáng)度達(dá)到了電絕緣材料的標(biāo)準(zhǔn)，可做為耐高壓的電器零件。不反射無線電波，微波透過性好，可制造掃雷艇和雷達(dá)罩。具有保溫、隔熱、隔音、減振等性能。缺點(diǎn)是剛性差。會因日光照射空氣中的氧化作用、有機(jī)溶劑的作用產(chǎn)生老化現(xiàn)象，比塑料要緩慢。玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧、酚醛、聚酯樹脂除具有上述共同的性能特點(diǎn)而外，各自有其特殊的性能。目前十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂是GFRP中綜合性能最好的一種。因環(huán)氧樹脂的粘結(jié)能力最強(qiáng)，與玻璃纖維復(fù)合時(shí)，界面剪切強(qiáng)度最高。機(jī)械強(qiáng)度高于其他GFRP。環(huán)氧樹脂固化時(shí)無小分子放出，故尺寸穩(wěn)定性最好，收縮率只有1％－2％，環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，易產(chǎn)生氣泡，但因添加劑少，很少發(fā)生鼓泡現(xiàn)象。唯一不足的是環(huán)氧樹脂粘度大，加工不太方便，成型時(shí)需要加熱，室溫下成型會導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)不完全。不能制造大型制件。

目前十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂是各種GFRP中耐熱性最好的一種，可在200℃下長期使用，在1000℃以上的高溫下，也可短期使用。是耐燒蝕材料，可做宇宙飛船的外殼。耐電弧性，可用于制做絕緣材料。價(jià)格便宜，原料來源豐富。不足處是性能較脆，機(jī)械強(qiáng)度不如環(huán)氧樹脂。固化時(shí)有小分子副產(chǎn)物放出，故尺寸不穩(wěn)定，收縮率大。對人體皮膚有刺激，會使手和臉腫脹。目前十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂突出特點(diǎn)是加工性好，加入引發(fā)劑和促進(jìn)劑后，可在室溫下固化成型，由于樹脂中的交聯(lián)劑也起稀釋劑的作用，所以樹脂的粘度大大降低了，可采用各種成型方法進(jìn)行加工成型，可制作大型構(gòu)件，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。它的透光性好，透光率可達(dá)60％－80％，可制作采光瓦。價(jià)格便宜。不足之處是固化時(shí)收縮率大，可達(dá)4％—8％，耐酸、堿性差，不宜制作耐酸堿的設(shè)備及管件。目前十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.1.2玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(代號FR-TP)玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料是指玻璃纖維做為增強(qiáng)材料，熱塑性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低壓聚乙烯、ABS樹脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料)為基體的纖維增強(qiáng)塑料。玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料除了具有纖維增強(qiáng)塑料的共同特點(diǎn)外，它與玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料相比較，特點(diǎn)是具有更輕的比重，在1.1—1.6之間，為鋼材的1／5—1／6；比強(qiáng)度高，蠕變性大大改善。目前十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)１．玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯(代號FR—PP)特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度大大提高，當(dāng)短切玻璃纖維增加到30％—40％時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)到頂峰，抗拉強(qiáng)度達(dá)到100MPa，大大高于工程塑料，尤其是低溫脆性得到了大大改善，隨玻璃纖維含量提高，低溫時(shí)的抗沖擊強(qiáng)度也有所提高。吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水和水蒸氣方面更加突出，含有20％短切纖維的FR—PP，在水中煮1500小時(shí)，其抗拉強(qiáng)度比初始強(qiáng)度降低10％，如在23℃水里浸泡時(shí)強(qiáng)度不變。在高溫、高濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中會使機(jī)械強(qiáng)度下降。在有機(jī)化合物的浸泡下會降低機(jī)械強(qiáng)度，并有增重現(xiàn)象。

目前十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2．玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺在聚酰胺中加入玻璃纖維后，唯一的缺點(diǎn)是使本來耐磨性好的性能變差了。因?yàn)榫埘０返闹破繁砻婀饣?，光潔度越好越耐磨。而加入玻璃纖維以后，如果將制品經(jīng)過二次加工或者被磨損時(shí)，玻璃纖維就會暴露于表面上，這時(shí)材料的磨擦系數(shù)和磨耗量就會增大。因此，如果用它來制造耐磨性要求高的制品時(shí)，一定要加入潤滑劑。

目前十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3．玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料聚苯乙烯類樹脂目前已成為系列產(chǎn)品，多為橡膠改性樹脂，例如：丁二烯—苯乙烯共聚物(BS)、丙烯腈—苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)等。這些共聚物大大改善了純聚苯乙烯的性能，使原來只是一種通用塑料的聚苯乙烯改性成為工程塑料。耐沖擊性和耐熱性提高了。這些聚合物再用長玻璃纖維或短切玻璃纖維增強(qiáng)后，其機(jī)械強(qiáng)度及耐高、低溫性、尺寸穩(wěn)定性均大有提高。也要加入偶聯(lián)劑，不然聚苯乙烯類塑料與玻璃纖維粘結(jié)不牢。影響強(qiáng)度。目前十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)

4．玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯(代號FR-PC)

聚碳酸酯是一種透明度較高的工程塑料，它的剛韌相兼的特性是其他塑料無法相比的，唯一不足之處是易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差。加入玻璃纖維以后，F(xiàn)R-PＣ比PＣ的耐疲勞強(qiáng)度提高2-3倍，耐應(yīng)力開裂性能可提高6-8倍，耐熱性比PＣ提高10-20℃

，線膨脹系數(shù)縮小為1.6-2.4×10-６m/℃，因而可制成耐熱的機(jī)械零件。

目前十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5．玻璃纖維增強(qiáng)聚酯

聚酯作為基體材料主要有兩種，一種是聚苯二甲酸乙二酯(代號PET)，另一種為聚苯二甲酸丁二酯(代號PBT)。未增強(qiáng)的純聚酯結(jié)晶性高，成型時(shí)收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差、耐溫性差。質(zhì)脆。用玻璃纖維增強(qiáng)后，機(jī)械強(qiáng)度比其他玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料均高，抗拉強(qiáng)度135-145MPa，抗彎強(qiáng)度209-250MPa，耐疲勞強(qiáng)度達(dá)52MPa。耐熱性提高最大，PET的熱變形溫度為85℃

，PR-PFT為240℃

，仍能保持機(jī)械強(qiáng)度，是玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料中耐熱溫度最高的一種。耐低溫度性能好，超過了FR-PA6，在溫度高低交替變化時(shí)，機(jī)械性能變化不大；電絕緣性好，可制造耐高溫電器零件；高溫下耐老化性好，勝過玻璃鋼，尤其是耐光老化性能好，所以使用壽命長。不足之處是在高溫下易水解，使機(jī)械強(qiáng)度下降。不適于在高溫水蒸氣下使用。

目前二十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)6．玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛(代號FR—POM)

聚甲醛是一種性能較好的工程塑料，加入玻璃纖維后，不但起到增強(qiáng)的作用，而且耐疲勞性和耐蠕變性有很大提高。含有25％玻璃纖維的FR—POM的抗拉強(qiáng)度為純POM的兩倍、彈性模量為純POM的三倍，耐疲勞強(qiáng)度為純POM的兩倍，高溫下仍具有良好的耐蠕變性，同時(shí)耐老化性也很好。但不耐紫外線照射，因此在塑料中要加入紫外線吸收劑。不足之處是加入玻璃纖維后其摩接系數(shù)和磨耗量大大提高了，即耐磨性降低了。為了改善其耐磨牡，可用聚四氟乙烯粉末做為填料加入聚甲醛中，或加入碳纖維來改性。

目前二十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.1.3高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料主要是指以環(huán)氧樹脂為基體，以各種高強(qiáng)度、高模量的纖維(包括碳纖維、硼纖維、芳香族聚酰胺纖維、各種晶須等)做為增強(qiáng)材料的高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料。該種材料由于受增強(qiáng)纖維高強(qiáng)度、高模量這一性能的影響．致使其具有共同的特點(diǎn)：（1）比重輕、強(qiáng)度高、模量高和低的熱膨脹系數(shù)。是目前力學(xué)性能最好的高分子復(fù)合材料。（2）加工工藝簡單。該種增強(qiáng)塑料可采用ＧＦＲＰ的各種成型方法，如模壓法、纏繞法、手糊法等。（3）價(jià)格昂貴。該種材料唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格比較貴。目前二十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)1．碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧塑料是一種強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好的復(fù)合材料，這方面的性能是其他材料無法相提并論的。比重小、剛度大、抗沖擊強(qiáng)度特別突出，耐疲勞強(qiáng)度很大．摩擦系數(shù)很小，這方面性能均超過了鋼材。耐熱性特別好，可在12000℃高溫下經(jīng)受10秒鐘，保持不變。不足之處一是碳纖維與塑料的粘結(jié)性差，且各向異性，這方面不如金屬材料。目前已有解決辦法，使碳纖維氧化和晶須化來提高其粘結(jié)性。用碳纖維編織法來解決各向異性的問題。另一個(gè)不足之處是價(jià)格昂貴，因而雖然有上述一些優(yōu)良性能，但還只是應(yīng)用于宇航工業(yè)，其他領(lǐng)域應(yīng)用較少。

目前二十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2．玻璃纖維聚酰胺(代號FR-PA)

聚酰胺是一種熱塑性工程塑料，本身的強(qiáng)度就比一般通用塑料的強(qiáng)度高，耐磨性好，但因吸水率太大，影響了尺寸穩(wěn)定性，耐熱性也較低。用玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰氨，這些性能就會大大改善。玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺的品種很多。有玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6(FR-PA6)、玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66(FR-PA66)、玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010(FR-PA1010)等。玻璃纖維的含量達(dá)到30％-35％時(shí)，其增強(qiáng)效果最為理想，抗拉強(qiáng)度可提高2-3倍，抗壓強(qiáng)度提高1.5倍，最突出的是耐熱性提高幅度最大。

目前二十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2．芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)塑料基體材料主要是環(huán)氧樹脂，其次是熱塑性塑料的聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的抗拉強(qiáng)度大于GFRP，而與碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂相似。最突出的特點(diǎn)是有壓延性，與金屬相似，而與其他有機(jī)纖維則大大不同。3．硼纖維增強(qiáng)塑料硼纖維增強(qiáng)塑料是指硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。該種材料突出的優(yōu)點(diǎn)是剛度外，它的強(qiáng)度和彈性模量均高于碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。是高強(qiáng)度高模量纖維增強(qiáng)塑料中性能最好的一種。

目前二十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)4．碳化硅纖維增強(qiáng)塑料主要是指碳化硅纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。碳化硅纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合時(shí)不需要表面處理，粘結(jié)力就很強(qiáng)，材料層間剪切強(qiáng)度可達(dá)1.2MPa。它的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的兩倍，如果與碳纖維混合疊層進(jìn)行復(fù)合時(shí)，會彌補(bǔ)碳纖維的缺點(diǎn)。

目前二十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.1.4其他纖維增強(qiáng)塑料其他纖維增強(qiáng)塑料是指以石棉纖維、礦錦纖綸、棉纖維、麻纖維、木質(zhì)纖維、合成纖維等為增強(qiáng)材料，以各種熱塑性和熱固性塑料為基體的復(fù)合材料。這方面的復(fù)合材料發(fā)展得比較早．應(yīng)用也比較廣。其中熱固性酚醛塑料與紙、布、棉、木片等纖維的復(fù)合材科，在電器工業(yè)方面做為絕緣材制使用。在機(jī)械工業(yè)中制成各種機(jī)械零件。

目前二十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.2聚合物基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)☆材料設(shè)計(jì)是指根據(jù)對材料性能的要求而進(jìn)行的材料獲得方法與工程途徑的規(guī)劃?！顚υO(shè)計(jì)一詞的傳統(tǒng)解釋為：進(jìn)行某項(xiàng)制作或工程以前，根據(jù)該項(xiàng)目的使用目的和性能要求，擬定其材料、結(jié)構(gòu)、工藝、用地、進(jìn)度、費(fèi)用等各方面的計(jì)劃和估算。目前二十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)⊙復(fù)合材料設(shè)計(jì)是通過改變原材料體系、比例、配置和復(fù)合工藝類型及參數(shù)，來改變復(fù)合材料的性能，特別是使其具有各向異性，從而適應(yīng)在不同位置、不同方向和不同環(huán)境條件下的使用要求。⊙復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性賦予了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者更大的自由度，從而有可能設(shè)計(jì)出能夠充分發(fā)掘與應(yīng)用材料潛力的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。目前二十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是選用不同材料綜合各種設(shè)計(jì)(如層合板設(shè)計(jì)、典型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)等)的反復(fù)過程。在綜合過程中必須考慮的一些主要因素有：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、工裝模具的通用性及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等。目前三十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合過程大致分為三個(gè)步驟

(1)明確設(shè)計(jì)條件。如性能要求、載荷情況、環(huán)境條件、形狀限制等。(2)材料設(shè)計(jì)。包括原材料選擇、鋪層性能的確定、復(fù)合材料層合板的設(shè)計(jì)等。(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)件(如桿、梁、板、殼等)的設(shè)計(jì)，以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(如衍架、剛架、硬殼式結(jié)構(gòu)等)的設(shè)計(jì)。在上述材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)汁中都涉及到應(yīng)變、應(yīng)力與變形分析，以及失效分析，以確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度。目前三十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程復(fù)合材料結(jié)構(gòu)往往是材料與結(jié)構(gòu)一次成型的，且材料也具有可設(shè)計(jì)性。不同于常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它是包含材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，比金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要復(fù)雜。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以從材料與結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行考慮，以滿足各種設(shè)計(jì)要求、尤其是材料的可設(shè)計(jì)性，可使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

目前三十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)條件，即根據(jù)使用目的提出性能要求、載荷情況、環(huán)境條件及受幾何形狀和尺寸大小的限制等，這些往往是設(shè)計(jì)任務(wù)書的內(nèi)容。（1）結(jié)構(gòu)性能要求一般來說，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的主要內(nèi)容有：①結(jié)構(gòu)所能承受的各種載荷，確保在使用壽命內(nèi)的安全；②提供裝置各種配件、儀器等附件的空間，對結(jié)構(gòu)形狀和尺寸有一定的限制；③隔絕外界的環(huán)境狀態(tài)而保護(hù)內(nèi)部物體。5.2.1.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件目前三十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（2）載荷情況結(jié)構(gòu)承載分為靜載荷和動載荷

靜載荷：緩慢的由零增加到某一數(shù)值以后就保持不變或變動不顯著的載荷；

動載荷：能夠使構(gòu)件產(chǎn)生較大的加速度，并且不能忽略由此而產(chǎn)生的慣性力的載荷。在靜載荷的作用下結(jié)構(gòu)一般應(yīng)設(shè)計(jì)成具有抵抗破壞和抵抗變形的能力，即具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在動載荷的作用下結(jié)構(gòu)一般應(yīng)設(shè)計(jì)成具有抵抗沖擊、耐疲勞來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)目前三十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（3）環(huán)境條件一般在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)明確的確定結(jié)構(gòu)的使用目的，要求完成的使命，且還有必要明確它在保管、包裝、運(yùn)輸?shù)日麄€(gè)使用期間的環(huán)境條件，以及這些過程的時(shí)間和往返次數(shù)等，以確保在這些環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)的正常使用。為此，必須充分考慮各種可能的環(huán)境條件。一般為下列四種環(huán)境條件：（a）力學(xué)條件：加速度、沖擊、振動、聲音等；（b）物理?xiàng)l件：壓力、溫度、濕度等；（c）氣象條件：風(fēng)雨、冰雪、日光等；（d）大氣條件：放射線、霉菌、鹽霧、風(fēng)沙等。分析各種環(huán)境條件下的作用與了解復(fù)合材料在各種環(huán)境條件下的性能，對于正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很有必要的，除此之外，還應(yīng)從長期使用角度出發(fā)，積累復(fù)合材料的變質(zhì)、磨損、老化等長期性能變化的數(shù)據(jù)。目前三十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(4)結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性所謂結(jié)構(gòu)的可靠性，是指結(jié)構(gòu)在所規(guī)定的使用壽命內(nèi)，在給予的載荷情況和環(huán)境條件下，充分實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的性能時(shí)結(jié)構(gòu)正常工作的能力，這種能力用一種概率來度量稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最終取決于構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度，所以欲確定結(jié)構(gòu)的可靠度，必須對材料特性作統(tǒng)計(jì)處理，整理出它們的性能分布和分散性資料。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性最終表現(xiàn)在可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面。一般來說，要提高可靠性就得增加初期成本，而維修成本是隨可靠性的增加而降低的，所以總成本最低時(shí)（即經(jīng)濟(jì)性最要好）的可靠性為最合理。目前三十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.2.2材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)，通常是指選用幾種原材料組成具有所要求性能的材料的過程。由于不同構(gòu)件的功能不同，因此對于組成構(gòu)件的材料的性能要求也不同，同時(shí)，所采用的材料還受到相應(yīng)約束條件的限制。構(gòu)件功能對材料性能的要求約束條件目前三十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)▲物理性能（如密度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、微波吸收性或反射性、透光性等）▲化學(xué)性能（抗腐蝕性、抗氧化性等）▲力學(xué)性能（如強(qiáng)度、模量、韌性、硬度、耐磨性、抗疲勞性、抗蠕變性等）；★對材料性能的要求目前三十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)★對所采用材料的約束條件☆對所采用材料的約束條件包括：資源、能耗、環(huán)保、成本、生產(chǎn)周期、壽命、使用條件（溫度、氣氛、載荷性質(zhì)、所接觸的介質(zhì)等）。目前三十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)一、原材料的選擇原則（1）比強(qiáng)度、比剛度高原則在滿足強(qiáng)度、剛度、耐久性和損傷容限等要求的前提下，應(yīng)使結(jié)構(gòu)質(zhì)量最輕。（2）材料與結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境相適應(yīng)的原則通常要求材料的主要性能在結(jié)構(gòu)整個(gè)使用環(huán)境條件下，其下降幅值應(yīng)不大于10%。（3）滿足結(jié)構(gòu)特殊性要求的原則除了結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度意外，許多結(jié)構(gòu)物還要求有一些特殊性能。通常為滿足這些特殊性要求，要著重考慮合理的選取基體材料。目前四十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（4）滿足工藝性要求的原則復(fù)合材料的工藝性包括預(yù)浸料工藝性、固化成型工藝性、機(jī)加裝配工藝性和修補(bǔ)工藝性四方面。揮發(fā)物含量黏性樹脂流出量預(yù)浸料貯存期處理期工藝期預(yù)浸料工藝性固化成型工藝性加壓時(shí)間固化溫度固化壓力層合板性能對固化溫度和壓力的敏感性固化后構(gòu)件的收縮率

機(jī)加裝配工藝性主要是指機(jī)加工藝性；修補(bǔ)工藝性主要是指已固化的復(fù)合材料與未固化的復(fù)合材料通過其他基體材料或膠黏劑粘結(jié)的能力。工藝性要求與選擇的基體材料和纖維材料有關(guān)目前四十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（5）成本低、效益高的原則成本包括初期成本和維修成本，而初期成本包括材料成本和制造成本。效益指減重獲得節(jié)省材料、性能提高、節(jié)約能源等方面的經(jīng)濟(jì)效益。

成本低、效益高的原則是一項(xiàng)重要的選材原則（P90）目前四十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)二、纖維的選擇▼高強(qiáng)度、高模量▼易于生產(chǎn)加工▼良好的化學(xué)穩(wěn)定性▼耐機(jī)械損傷▼具有合適的尺寸和幾何形狀▼纖維性能再現(xiàn)性（或一致性）好▼柔曲性好▼價(jià)格能為使用方承受目前四十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（1）若結(jié)構(gòu)要求有良好的透波、吸波性能，可選取Kevlar(芳綸)纖維、氧化鋁纖維等作為增強(qiáng)材料；（2）若結(jié)構(gòu)要求有高的剛度，則可選用高模量碳纖維或硼纖維；（3）若結(jié)構(gòu)要求有高的抗沖擊性能，則可選用玻璃纖維、Kelvar纖維；（4）若結(jié)構(gòu)要求有好的低溫工作性能，則可選用低溫下不脆化的碳纖維；（5）若結(jié)構(gòu)要求尺寸不隨溫度變化，則可選用Kelvar纖維或碳纖維；（6）若結(jié)構(gòu)要求既有較大的強(qiáng)度又有較大的剛度時(shí)，則可選用比強(qiáng)度和比剛度均較高的碳纖維或硼纖維。目前四十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（1）各組分材料之間的相容性，包括：物理相容性（如熱膨脹系數(shù)）化學(xué)相容性（如在制造和服役期間是否產(chǎn)生有害反應(yīng)）力學(xué)相容性（如在復(fù)合材料承受載荷包時(shí)，各組分之間的應(yīng)變能否彼此協(xié)調(diào)）目前四十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（2）按照各組分在復(fù)合材料中所起作用來確定增強(qiáng)組分的幾何形狀（如顆粒狀、條帶狀、纖維狀及它們的編織與堆集狀態(tài)等）及其在復(fù)合材料中的位置與取向；（3）在制成復(fù)合材料后，其中的各組分應(yīng)保持它們的固有優(yōu)秀性質(zhì)，并能揚(yáng)長避短、相互補(bǔ)充，產(chǎn)生所需要的復(fù)合效應(yīng)。目前四十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)三、樹脂選擇環(huán)氧樹脂聚酰亞胺樹脂酚醛樹脂聚酯樹脂熱固性樹脂聚醚砜聚砜聚醚醚酮聚苯砜熱塑性樹脂尼龍聚苯二烯聚醚酰亞胺目前四十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)選擇基體應(yīng)明確的問題（1）復(fù)合材料的耐溫和耐環(huán)境性主要取決于基體；（2）復(fù)合材料其他性質(zhì)（如對纖維的粘接性、傳遞和分散載荷的功能等）也依賴基體；（3）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的使用溫度范圍通常按基體劃分。目前四十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)目前樹脂基復(fù)合材料中用的最多的基體是熱固性樹脂，尤其是各種牌號的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂有較高的力學(xué)性能，但工作溫度較低，只能在-40~130℃范圍內(nèi)長期工作。對于需耐高溫的復(fù)合材料，主要是用聚酰亞胺作為基體材料，它能在200~259℃溫度下長期工作。目前四十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)樹脂的選擇應(yīng)考慮如下的各種要求：（1）要求基體材料能在結(jié)構(gòu)使用溫度范圍內(nèi)正常工作；（2）要求基體材料具有一定的力學(xué)性能；（3）要求基體的斷裂伸長率大于或者接近纖維的斷裂伸長率，以確保充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用；（4）要求基體材料具有滿足使用要求的物理、化學(xué)性能，主要指吸濕性、耐介質(zhì)、耐候性、阻燃性、低煙性和低毒性；（5）要求具有一定的工藝性，主要是指黏性、凝膠時(shí)間、揮發(fā)分含量、預(yù)浸帶的保存期和工藝期、固化時(shí)的壓力和溫度、固化后的尺寸收縮率等。目前五十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)四．單層性能的確定不容易由所組成的材料性能來推定。通常是利用細(xì)觀力學(xué)分析方法推得的預(yù)測公式確定的。而在最終設(shè)計(jì)階段，一般為了單層性能參數(shù)的真實(shí)可靠，使設(shè)計(jì)更為合理，單層性能的確定需用試驗(yàn)的方法直接測定。

(1)單層樹脂含量的確定一般是根據(jù)單層的承力性質(zhì)或單層的使用功能選取的。目前五十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)目前五十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(2)剛度的預(yù)測公式(3)強(qiáng)度的預(yù)測公式目前五十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)目前五十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)四、復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)，是根據(jù)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)(或總厚度)。復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)通常又稱為鋪層設(shè)計(jì)。

(1)層合板設(shè)計(jì)的一般原則①鋪層定向原則。由于層合板鋪層取向過多會造成設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜化，目前多選擇0°，45°，90°和⊥45°四種鋪層方向。②均衡對稱鋪設(shè)原則除特殊需要外，一般均設(shè)計(jì)成均衡對稱層合板，以避免拉-剪、拉-彎耦合而引起固化后的翹曲等變形。③鋪層取向按承載選取原則如果承受拉(壓)載荷，則使鋪層的方向按載荷方向鋪設(shè)；如果承受剪切載荷，則鋪層按(45°方向成對鋪設(shè)；如果承受雙向載荷，則鋪層按受載方向0°，45°，90°正交鋪設(shè)；如果承受多種載荷，則鋪層按0°，90°，⊥45°多向鋪設(shè)。

目前五十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)④鋪層最小比例原則為避免基體承載，減少濕熱應(yīng)力，使復(fù)合材料與其相連接的金屬泊松比相協(xié)調(diào)，以減少連接誘導(dǎo)應(yīng)力等，對于方向?yàn)?°，90°，⊥45°鋪層，其任一方向的鋪層最小比例應(yīng)大于6％-10％。⑤鋪設(shè)順序原則A.應(yīng)使各定向?qū)颖M量沿層合板厚度均勻分布，也即使層合板的單層組數(shù)盡量地大或者說使每一單層組中的單層盡量地少，一般不超過4層，這樣可以減少兩種定向?qū)又g的層間分層可能性。

B．如果層合板中含有45°層、0°層和90°層，應(yīng)盡量使45°層之間用0°層或90°層隔開，也盡量使0°層和90°層之間用45°或⊥45°層隔開，以降低層間應(yīng)力。目前五十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)⑥沖擊載荷區(qū)設(shè)計(jì)原則沖擊載荷區(qū)層合板應(yīng)有足夠多的0°層，用以承受局部沖擊載荷；也要有一定量的45°層以使載荷擴(kuò)散。除此之外，需要時(shí)還需局部加強(qiáng)以確保足夠的強(qiáng)度。(p99)目前五十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)⑦防邊緣分層破壞設(shè)計(jì)原則除了遵循鋪設(shè)順序原則外，還可以沿邊緣區(qū)包一層玻璃布，以防止邊緣分層破壞。⑧抗局部屈曲設(shè)計(jì)原則對于有可能形成局部屈曲的區(qū)域．將45°層盡量鋪設(shè)在層合板的表面，可提高局部屈曲強(qiáng)度。⑨連接區(qū)設(shè)計(jì)原則沿載荷方向的鋪層比例應(yīng)大于30%，45°鋪層比例應(yīng)大于40％，以增加剪切強(qiáng)度，同時(shí)有利于擴(kuò)散載荷和減少孔的應(yīng)力集中。目前五十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)⑩變厚度設(shè)計(jì)原則變厚度零件的鋪層階差、各層臺階設(shè)計(jì)寬度應(yīng)相等，其臺階寬度應(yīng)等于或大于2.5mm。為防止臺階處剝離破壞，表面應(yīng)由連續(xù)鋪層覆蓋。各定向?qū)影俜直群涂倢訑?shù)的確定，也即各定向?qū)訉訑?shù)的確定，是根據(jù)對層合板設(shè)計(jì)的要求綜合考慮確定的。一般，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，可采用等代設(shè)計(jì)法、準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法、毯式設(shè)計(jì)法、主應(yīng)力設(shè)計(jì)法、層合板系列設(shè)計(jì)法、層合板優(yōu)化設(shè)計(jì)法等。

目前五十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(2)等代設(shè)計(jì)法等代設(shè)計(jì)法是復(fù)合材料問世初期的設(shè)計(jì)方法，也是目前工程復(fù)合材料中較多采用的一種設(shè)計(jì)方法。一般是指在載荷和使用環(huán)境不變的條件下，用相同形狀的復(fù)合材料層合板來代替其它材料，并用原來材料的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證強(qiáng)度或剛度。由于復(fù)合材料比強(qiáng)度、比剛度高，所以代替其他材料一般可減輕質(zhì)量。這種方法有時(shí)是可行的，有時(shí)卻是不可行的。對于不受力或受力很小的非承力構(gòu)件是可行的；對于受很大力的主承力構(gòu)件是不可行的，而對于受較大力的次承力構(gòu)件有時(shí)是可行的，有時(shí)是不可行的，因此需進(jìn)行強(qiáng)度或剛度的校核。以確保安全可靠。目前六十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)在這一設(shè)計(jì)方法中，復(fù)合材料層合板可以設(shè)計(jì)成準(zhǔn)各向同性的，也可設(shè)計(jì)成非難各向同性的。究竟采用什么樣的層合板結(jié)構(gòu)形式，一般可按應(yīng)力性質(zhì)來選擇。另外，在等代設(shè)計(jì)中，一般根據(jù)表5-11選擇的層合板結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)成均衡對稱的層合板作為替代材料。不要誤認(rèn)為等代設(shè)計(jì)法必須采用準(zhǔn)各向同性層合板。

目前六十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)目前六十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（3)層合板排序設(shè)計(jì)法層合板排序設(shè)計(jì)法，是基于某一類(即選定幾種鋪層角)或某幾類層合板選取不同的定向?qū)颖人懦傻膶雍习逑盗?，以表格形式列出各個(gè)層合板在各種內(nèi)力作用下的強(qiáng)度或剛度值，以及所需的層數(shù)，供設(shè)計(jì)選擇。在多種載荷情況下，必須用層合板排序設(shè)計(jì)法才有效。層合板排序設(shè)計(jì)法與選擇的層合板種類有關(guān)，而層合板種類的多少將決定于計(jì)算機(jī)的容量和運(yùn)算速度，因此不可能無限制地選擇供層合板設(shè)計(jì)的層合板種數(shù)。

目前六十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對應(yīng)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以有下列五種設(shè)計(jì)類型：（1）安全設(shè)計(jì)（2）單項(xiàng)性能設(shè)計(jì)（3）等強(qiáng)度設(shè)計(jì)（4）等剛度設(shè)計(jì)（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)目前六十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（1）安全設(shè)計(jì)▲要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在使用條件下安全工作，不致發(fā)生失效?！唧w到材料，則表現(xiàn)為必須達(dá)到特定的性能指標(biāo)（如強(qiáng)度、模量等）。目前六十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（2）單項(xiàng)性能設(shè)計(jì)▲使復(fù)合材料的某一項(xiàng)性能滿足要求。例如透波或吸波、隱身、零膨脹、耐高溫、耐某種化學(xué)介質(zhì)等?！窃O(shè)計(jì)者必須在重點(diǎn)滿足主要要求的同時(shí)，盡可能地兼顧其他性能的綜合要求，以避免結(jié)構(gòu)復(fù)雜和臃腫。目前六十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（3）等強(qiáng)度設(shè)計(jì)▲對于材料來說，等強(qiáng)度設(shè)計(jì)就是要求其性能的各向異性能夠符合工作條件環(huán)境要求的方向性。目前六十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（4）等剛度設(shè)計(jì)▲等剛度設(shè)計(jì)是要求材料的剛性能夠滿足對于構(gòu)件變形的限制條件，并且沒有過多的冗余。目前六十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)☆優(yōu)化設(shè)計(jì)（optimaldesign)就是使目標(biāo)函數(shù)取極值的設(shè)計(jì)，包括：♀最小質(zhì)量設(shè)計(jì)♀最長壽命設(shè)計(jì)♀最低成本設(shè)計(jì)♀最低單位時(shí)間使用費(fèi)用設(shè)計(jì)，又稱價(jià)值工程（valueengineering）或價(jià)值分析（valueanalysis），即花費(fèi)金額/服役時(shí)間愈低，其結(jié)構(gòu)愈經(jīng)濟(jì)。目前六十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)★復(fù)合材料制品的設(shè)計(jì)和研制步驟主要設(shè)計(jì)步驟：1）通過論證明確對于材料的使用性能要求，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)；2）選擇材料體系（增強(qiáng)體、基體）；3）確定組分比例、幾何形態(tài)及增強(qiáng)體的配置；4）確定制備工藝方法及工藝參數(shù)；5）在完成復(fù)合材料設(shè)計(jì)方案后，應(yīng)結(jié)合市場供應(yīng)情況和研制單位的已有條件，采購原材料，購置或改造工藝設(shè)備，完成制造工藝條件準(zhǔn)備；6）按預(yù)定方案進(jìn)行樣品試制；7）測試所制得樣品的實(shí)際性能，檢驗(yàn)是否達(dá)到使用性能要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)。8）在總結(jié)試制經(jīng)驗(yàn)與成果的基礎(chǔ)上，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，組織制品生產(chǎn)。目前七十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)復(fù)合材料制件設(shè)計(jì)程序框圖通過論證明確性能要求確定制件構(gòu)型選擇材料確定尺寸試制件是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求工藝性成本核算原材料、預(yù)成型材料材料性能結(jié)構(gòu)核算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)功能試驗(yàn)最終成品實(shí)驗(yàn)方法環(huán)境載荷狀態(tài)是否目前七十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)5.2聚合物基復(fù)合材料的制造技術(shù)聚合物基復(fù)合材料的制造把復(fù)合材料的制造和產(chǎn)品的制造融合為一體。根據(jù)增強(qiáng)體和基體材料種類的不同，需要應(yīng)用不同的制造工藝和方法。目前七十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)根據(jù)基體材料不同分類：

熱固性樹脂復(fù)合材料的制造方法：手糊成型法、噴射成型法、模壓成型法、注射成型法、RTM成型法(注射成型法)等。熱塑性復(fù)合材料的制造方法：模壓成型法、注射成型法、RTM成型法、真空熱壓成型法、纏繞成型法等。目前七十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)1.手糊成型工藝2.噴射成型工藝3.模壓成型工藝4.層壓成型工藝5.纏繞成型工藝目前七十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)6.擠出成型工藝7.注射成型工藝8.樹脂傳遞模塑9.反應(yīng)注射模塑和增強(qiáng)型反應(yīng)注射模塑目前七十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)1.手糊成型工藝模具準(zhǔn)備樹脂膠液配制增強(qiáng)材料準(zhǔn)備涂脫模劑手糊成型固化脫模后處理檢驗(yàn)制品手糊成型工藝流程纖維增強(qiáng)材料和樹脂膠液在模具上鋪覆成型，室溫(或加熱)、無壓(或低壓)條件下固化，脫模成制品的工藝方法。目前七十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)待浸樹脂的增強(qiáng)材料壓實(shí)輥樹脂可選用膠衣手糊成型示意圖膠衣是賦予復(fù)合材料制品表面的一層美觀、耐化學(xué)品侵蝕、耐擦傷和耐老化等的對其起到保護(hù)作用的表面涂層。目前七十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(1)不受尺寸、形狀的限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)；(2)設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低，成本低；(3)工藝簡單；(4)可在任意部位增補(bǔ)增強(qiáng)材料，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。目前七十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)缺點(diǎn)

(1)生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，勞動衛(wèi)生條件差；(2)產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性差；(3)產(chǎn)品力學(xué)性能較低。目前七十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)

1．原材料選擇合理選擇原材料是滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量．降低成本的重要前提(1)聚合物基體的選擇手糊成型工藝用樹脂類型有不飽和聚酚樹脂，用量約占各類樹脂的80%。其次是環(huán)氧樹脂。目前在航空結(jié)構(gòu)制品上開始采用濕熱性能和斷裂韌性優(yōu)良的雙馬來酰亞胺樹脂。以及耐高溫耐輻射和良好電性能的聚酰亞胺等高性能樹脂。(2)增強(qiáng)材料的選擇用量最多的增強(qiáng)材料是玻璃纖維及其織物，如無堿纖維、中堿纖維、有堿纖維。目前八十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(3)脫模劑的選擇為使制品與模具分離而附于模具成型面的物質(zhì)稱為脫模劑。其功用是使制品順利地從模具上取下來，同時(shí)保證制品表觀質(zhì)量和模具完好無損。脫模劑分內(nèi)、外脫模劑兩大類。手糊成型用的是外脫模劑，常用的外脫模劑有：a．薄膜型脫模劑：有聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜，玻璃紙等，其中聚酯薄膜用量較大。b．混合溶液型脫模劑：此類脫模劑中聚乙烯醇溶液應(yīng)用最多。c．蠟型脫模劑：蠟型脫模劑(詳見表5—12)使用方便，省工省時(shí)省料，脫模效果好。目前八十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2．手糊成型模具的設(shè)計(jì)與制造手糊成型模具分單模和對模兩類。單模又分陽模和陰模兩種。無論單模和對模，又都可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成整體式或拼裝式。應(yīng)用最普遍的模具材料是玻璃鋼。其他模具材料還有：木材、石膏—砂、石蠟、可溶性鹽、低熔點(diǎn)金屬、金屬等。

目前八十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3．原材料準(zhǔn)備(1)膠液淮備膠液的工藝性是影響手糊制品質(zhì)量的重要因素。膠液的工藝性主要指膠液粘度和凝膠時(shí)間。（2）增強(qiáng)材料準(zhǔn)備。手糊成型所用增強(qiáng)材料主要是布和氈。為提高它們同基體的粘結(jié)力，增強(qiáng)材料必須進(jìn)行表面處理。（3)膠衣糊準(zhǔn)備膠衣糊是用來制作表面膠衣層的。膠衣樹脂種類很多，例如耐水性、自熄性、耐熱型應(yīng)根據(jù)使用條件進(jìn)行選擇。(4)手糊制品厚度與層數(shù)計(jì)算制品厚度的預(yù)測、鋪層層數(shù)計(jì)算目前八十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)4．糊制(1)刷膠衣膠衣層厚度控制在。膠衣層通常采用涂刷和噴涂兩種方法。（2）結(jié)構(gòu)層的糊制待膠衣層全部凝膠后，即可開始手糊作業(yè)、否則易損傷膠衣層。首先在模具上刷涂含有固化劑的樹脂混合物，形成一層富樹脂層，既能增強(qiáng)膠衣層〔防讓龜裂)，又有利于膠衣層與結(jié)構(gòu)層(玻璃布)的粘合。接著在模具上鋪貼一層剪裁好的纖維織物，交替刷一層樹脂、鋪一層玻璃布，并要排除氣泡，如此重復(fù)直到設(shè)計(jì)厚度。

目前八十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(3)鋪層控制同層纖維盡可能連續(xù)，鋪層拼接的設(shè)計(jì)原則是，制品強(qiáng)度損失小，不影響外觀質(zhì)量和尺寸精度，施工方便。拼接的形式有搭接與對接兩種，以對接為宜。接層錯(cuò)開并附加一次附加布。(4)鋪層—次固化拼接厚度超高7mm,需2次固化5.固化(1)不飽和聚酯樹脂的固化及工藝控制(2)不飽和聚酯樹脂固化工藝控制6．脫模、修整與裝配目前八十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)6．脫模、修整與裝配脫模脫模要保證制品不受損傷。脫模方法有如下幾種：①頂出脫模在模具上預(yù)埋頂出裝置，脫模時(shí)轉(zhuǎn)動螺桿，將制品頂出。②壓力脫模模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時(shí)將壓縮空氣或水（0.2MPa）壓入模具和制品之間，同時(shí)用木錘和橡膠錘敲打，使制品和模具分離。③大型制品（如船）脫?？山柚Ы镯?、吊車和硬木楔等工具。④復(fù)雜制品可采用手工脫模方法先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離，然后再放在模具上繼續(xù)糊制到設(shè)計(jì)厚度，固化后很容易從模具上脫下來。

修整修整分兩種：一種是尺寸修整，另一種缺陷修補(bǔ)。①尺寸修整成型后的制品，按設(shè)計(jì)尺寸切去超出多余部分；②缺陷修補(bǔ)包括穿孔修補(bǔ)，氣泡、裂縫修補(bǔ)，破孔補(bǔ)強(qiáng)等。目前八十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)2.噴射成型工藝為改進(jìn)手糊成型工藝而開發(fā)的一種半機(jī)械化成型工藝，是手糊工藝的變形。工藝流程玻璃纖維無捻粗紗聚酯樹脂引發(fā)劑促進(jìn)劑加熱靜態(tài)混合切割噴槍噴射成型模具輥壓固化脫模將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍噴出，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。目前八十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(1)生產(chǎn)效率比手糊法提高2~4倍；(2)利用粗紗代替織物，降低了材料成本；(3)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；(5)可自由調(diào)節(jié)產(chǎn)品壁厚、纖維與樹脂的比例及纖維的長度。目前八十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)缺點(diǎn)(1)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；(2)樹脂含量高，增強(qiáng)纖維短，制品的強(qiáng)度較低，耐溫性能差；(3)因過量噴涂而造成原材料損耗大；(4)陰模成型比陽模成型難度大，小型制品比大型制品難度大；(5)現(xiàn)場粉塵大，工作環(huán)境惡劣；(6)初期投資比手糊成型大。目前八十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3.模壓成型工藝定義模壓成型是一種對熱固性樹脂和熱塑性樹脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。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。加熱加壓的作用使模壓料塑化、流動，充滿空腔，并使樹脂發(fā)生固化反應(yīng)。目前九十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3.模壓成型工藝目前九十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)有較高的生產(chǎn)效率，適于大批量生產(chǎn)，制品尺寸精確，表面光潔，可以有兩個(gè)精制表面，價(jià)格低廉，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，多數(shù)結(jié)構(gòu)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，制品外觀及尺寸的重復(fù)性好。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，一般只適于制備中、小型玻璃鋼制品。目前九十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)SMC(片狀模塑料，SheetMoldingCompound)的特點(diǎn)SMC基本組成：不飽和聚酯樹脂、增稠劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、低收縮添加劑、填料、內(nèi)脫模劑、著色劑等混合物浸漬短切玻纖粗紗或玻纖氈，兩表面加上保護(hù)膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片狀模壓成型材料。使用時(shí)除去薄膜，按尺寸裁剪，然后進(jìn)行模壓成型。目前九十三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)增稠劑SMC在壓制成型、貯存、運(yùn)輸過程中均需要有較高的粘度(制備SMC時(shí)要求粘度低，浸漬纖維)，粘度的提高通過增稠劑實(shí)現(xiàn)。通過增稠劑控制SMC從生產(chǎn)到使用全過程的粘度變化。目前九十四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)常用的增稠劑：IIA族金屬氧化物或氫氧化物：MgO、Mg(OH)2、CaO、Ca(OH)2

MgO增稠的效果，與MgO活性和加入量有很大的關(guān)系。應(yīng)用較廣的增稠劑特點(diǎn)：增稠速度快，短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到最高粘度。MgO用量對不飽和聚酯增稠特性的影響時(shí)間（min）

60120180

粘度（Pa.S）

10310210

1.0

MgO

10份

5份

2份

1份

目前九十五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)增稠機(jī)理兩個(gè)階段第一階段金屬氧化物或氫氧化物與聚酯端基－COOH進(jìn)行酸堿反應(yīng)，生成堿式鹽。目前九十六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)堿式鹽之間或與聚酯之間進(jìn)一步脫水使分子量成倍增加MgO和MgOH的堿式鹽不進(jìn)行此脫水反應(yīng)，CaO和CaOH堿式鹽可繼續(xù)進(jìn)行此脫水反應(yīng)。目前九十七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)堿式鹽與聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位鍵形成絡(luò)合物第二階段鎂鹽的絡(luò)合反應(yīng)目前九十八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)Ca鹽的絡(luò)合反應(yīng)

聚酯的分子量成倍提高，粘度上升而增稠。目前九十九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)SMC生產(chǎn)工藝SMC生產(chǎn)工藝流程樹脂糊制備樹脂固化劑增稠劑其它低收縮添加劑薄膜粗紗切割沉降浸漬收卷稠化包裝填料SMC成型機(jī)目前一百頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)模壓工藝模具預(yù)熱脫模劑涂刷料的稱量料預(yù)熱成預(yù)成型裝模壓制脫模后處理打底及輔助加工檢驗(yàn)成品壓制前準(zhǔn)備壓制模壓成型工藝流程目前一百零一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)4.層壓成型工藝層壓工藝：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，固化成型玻璃鋼制品的一種成型工藝。目前一百零二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)生產(chǎn)的機(jī)械化、自動化程度較高；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；但一次性投資較大，適合于批量生產(chǎn)。特點(diǎn)干法成型，先將紙、布、玻璃布等浸膠，制成浸膠布(紙)半制品，再經(jīng)加溫加壓成型。目前一百零三頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)膠布制備工藝過程工藝流程樹脂熱處理或化學(xué)處理配膠浸膠烘干膠布中間貯存膠布帶搭接卷盤布帶纏繞卷管疊合層壓玻璃布生產(chǎn)復(fù)合板材、管材以及布帶纏繞制品的半成品玻璃布經(jīng)化學(xué)處理或熱處理后，浸漬樹脂膠液，并控制膠含量。在一定溫度、時(shí)間條件下烘干，除去大部分溶劑等揮發(fā)物并使樹脂有一定程度的固化，即得需要的玻璃纖維膠布。目前一百零四頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)層壓成型工藝過程

預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪、疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序目前一百零五頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(1)下料將膠布剪成一定尺寸，以便送入壓機(jī)壓制。確定壓機(jī)生產(chǎn)情況選料為保證制品質(zhì)量，在浸膠工序質(zhì)量檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再次檢查膠布，將其含膠量嚴(yán)重不均、帶有雜質(zhì)、已經(jīng)老化的挑出。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、制品規(guī)格、壓機(jī)生產(chǎn)能力，合理預(yù)算搭配每一壓機(jī)的制品數(shù)量、規(guī)格。目前一百零六頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)1）對多層層壓板的每塊板料，兩表面各放2～3張面層膠布(面層膠布的含膠量及流動性比里層稍高，能增加制品的防潮性和美觀，并摻有內(nèi)脫模劑);2）膠布的揮發(fā)分含量不宜過大，控制在1～6％，否則應(yīng)干燥處理;(2)配疊（排版或配布）配疊不當(dāng)會產(chǎn)生層壓板開裂、表面色澤不均、翹曲、粘鋼板等注意問題揮發(fā)分含量過高，高溫成型時(shí)容易產(chǎn)生氣泡，且揮發(fā)分過多易殘留在制品中，對制品的電性能不利。揮發(fā)分含量太低，增加干燥時(shí)間，使浸膠機(jī)生產(chǎn)效率降低，同時(shí)也易使膠布流動量過小，影響壓制工藝。膠布中可揮發(fā)的物質(zhì)占膠布總量的百分比目前一百零七頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)3）臨近面層的10～20層膠布，應(yīng)選用平整無破損的膠布，更不能搭接。中間部分使用不合格膠布的量也不得超過10％;4）下料量薄板按張數(shù)下料法——實(shí)驗(yàn)法確定;厚板按重量下料法——計(jì)算法確定。按張數(shù)下料時(shí)，最后產(chǎn)品的厚度隨半成品膠布的變化尺寸穩(wěn)定性較差。目前一百零八頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(3)組合疊合體順序：鐵板(較厚)→襯紙→單面鋼板→板料→雙面鋼板→板料→······→雙面鋼板→板料→單面鋼板→襯紙→鐵板厚、薄板一起壓制時(shí)，應(yīng)將薄板排放在兩側(cè)，厚板排放在中間，這樣對產(chǎn)品質(zhì)量有利。對于厚20mm以上的板材應(yīng)單獨(dú)壓制夾放在疊合體兩面，使板材受壓、傳熱均勻；并起到傳熱、冷卻的緩沖作用，防止局部過熱或過冷現(xiàn)象。組合原則若厚板料放在疊合體兩側(cè)，薄板料放在中間。因兩側(cè)板材較厚，而玻璃鋼本身的導(dǎo)熱系數(shù)又低，傳熱冷卻的效果不好，內(nèi)部熱量不易散出，沿板面的垂直方向具有較大的溫差，故最終產(chǎn)品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成厚板的翅曲。目前一百零九頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(4)進(jìn)模

將搭配好的疊合體逐格(或整體)推入多層壓機(jī)的加熱板間，并校對疊合體在熱板間的位置，待升溫加壓。目前一百一十頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(5)熱壓兩個(gè)階段：1）預(yù)熱、預(yù)壓階段2）熱壓階段——從加全壓到熱壓結(jié)束使樹脂熔化，除去揮發(fā)分，使熔融樹脂進(jìn)一步浸漬玻璃布，并使樹脂進(jìn)入凝膠狀態(tài)。為了更好地排除揮發(fā)分，使制品內(nèi)外受熱均勻，升溫不能過快。膠布流動性差，揮發(fā)分低，流膠不嚴(yán)重，升溫加壓速度可稍快。目前一百一十一頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(6)冷卻脫模熱壓結(jié)束，關(guān)閉熱源，通冷卻水，在保壓狀態(tài)下冷卻冷卻時(shí)間根據(jù)板材厚度確定，一般冷卻到50℃以下，除去壓力、脫模。板材取出溫度過高時(shí)，表面易起泡且易翹曲變形。目前一百一十二頁\總數(shù)一百二十九頁\編于十三點(diǎn)(7)后處理在烘房內(nèi)進(jìn)行的處理程序，目的是使樹脂進(jìn)一步固化。對不同的樹脂后固化處理的溫度、時(shí)