1、n復(fù)合材料的定義復(fù)合材料的定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對復(fù)合材料的定義：由兩種以上在物理和化對復(fù)合材料的定義：由兩種以上在物理和化學(xué)上不同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料。學(xué)上不同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料。 材料科學(xué)技術(shù)百科全書材料科學(xué)技術(shù)百科全書中關(guān)于復(fù)合材料的定義如下：中關(guān)于復(fù)合材料的定義如下：復(fù)合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材復(fù)合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組成材料料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。的重要特色，又通

2、過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從可以通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能，與一般材料的簡便混合有本質(zhì)區(qū)別。而獲得更優(yōu)越的性能，與一般材料的簡便混合有本質(zhì)區(qū)別。增強材料增強材料（分散相）：作為骨架材料，承擔(dān)主要載荷；（分散相）：作為骨架材料，承擔(dān)主要載荷；基體材料基體材料（連續(xù)相）：將增強材料粘合在一起，使之免受摩（連續(xù)相）：將增強材料粘合在一起，使之免受摩擦、均勻分布，達到材料成型的目的，均衡和傳遞構(gòu)件所承擦、均勻分布，達到材料成型的目的，均衡和傳遞構(gòu)件所承受的載荷；受的載荷；界面相界面相：復(fù)合材料不同相間的

3、界面附近由于復(fù)合過程中極其：復(fù)合材料不同相間的界面附近由于復(fù)合過程中極其復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而形成的既不同于基體相、也不同于復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而形成的既不同于基體相、也不同于增強相性能的區(qū)域。增強相性能的區(qū)域。分類分類按用途分類按用途分類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：利用復(fù)合材料的良好力學(xué)性能，用作各種結(jié)構(gòu)件。功能復(fù)合材料：功能復(fù)合材料：利用復(fù)合材料的物理、化學(xué)和生物學(xué)的功能作為主要用途。包括壓電、導(dǎo)電、雷達隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。 未來的功能復(fù)合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。分類方法分類方法很多，常見的很多，

4、常見的有以下幾種：有以下幾種：按基體材料分類按基體材料分類聚合物基復(fù)合材料（熱固性、熱塑性樹脂、橡膠）金屬基復(fù)合材料（鋁、鈦、鎂）陶瓷基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料碳基復(fù)合材料按增強材料種類分類按增強材料種類分類玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料有機纖維復(fù)合材料（芳綸、有機纖維復(fù)合材料（芳綸、UHMPE、PBO等）等）金屬纖維復(fù)合材料（鎢絲、不銹鋼絲）金屬纖維復(fù)合材料（鎢絲、不銹鋼絲）陶瓷纖維復(fù)合材料（硼纖維、碳化硅纖維）陶瓷纖維復(fù)合材料（硼纖維、碳化硅纖維）混雜纖維復(fù)合材料（兩種以上纖維）混雜纖維復(fù)合材料（兩種以上纖維）按增強相材料形態(tài)分類按增強相材料形態(tài)分類顆粒、薄片增

5、強復(fù)合材料顆粒、薄片增強復(fù)合材料晶須增強復(fù)合材料晶須增強復(fù)合材料短纖維復(fù)合材料（雜亂或有一定取向）短纖維復(fù)合材料（雜亂或有一定取向）連續(xù)纖維復(fù)合材料連續(xù)纖維復(fù)合材料織物（二維、三維）增強復(fù)合材料織物（二維、三維）增強復(fù)合材料n復(fù)合材料的特點復(fù)合材料的特點性能優(yōu)越性能優(yōu)越：比強度、比模量、輕質(zhì)、耐疲勞、減震性好、抗沖擊、耐高溫、耐腐蝕等等；功能多樣功能多樣：可綜合發(fā)揮各種組成材料優(yōu)點，使一種材料具有多種功能；可設(shè)計性可設(shè)計性：可按對材料性能需要進行材料的設(shè)計和制造；一次成型一次成型：可制成所需要任意形狀產(chǎn)品，避免多次加工工序。常用增強纖維增強纖維的種類（GF, CF, Kevlar, UHMPE

6、等）；碳纖維碳纖維（Carbon fiber, CF）玻璃纖維玻璃纖維Glass Fiber（GF）高模聚乙烯（高模聚乙烯（UHMPE）纖維）纖維纖維增強體的分類：纖維增強體的分類：n碳纖維碳纖維碳纖維碳纖維（Carbon fiber, CF）：纖維狀的炭材料，其化學(xué)組）：纖維狀的炭材料，其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上。以上。碳纖維的分類：碳纖維的分類：碳纖維的制造方法碳纖維的制造方法：碳：金剛石、石墨等同素異形體。碳：金剛石、石墨等同素異形體。 不溶（尚未找到溶劑）、不熔（不溶（尚未找到溶劑）、不熔（3800K以上直接升華）以上直接升華）制造碳纖維：制造碳纖維：碳

7、化法：碳化法：高分子纖維碳化碳纖維氣相生長：氣相生長：低分子烯烴氣體、氫氣高溫?zé)峤獬练e、生長碳纖維的特性：碳纖維的特性：高強度，高模量；高強度，高模量；密度小；密度??；熱性能好；熱性能好；單絲細，復(fù)絲不勻率低；單絲細，復(fù)絲不勻率低；耐腐蝕；耐腐蝕；導(dǎo)電性能優(yōu)異；導(dǎo)電性能優(yōu)異；耐輻射；耐輻射；脆性材料，不耐剪切；脆性材料，不耐剪切；抗氧化性能差；抗氧化性能差；破壞前無預(yù)報；破壞前無預(yù)報；預(yù)氧絲預(yù)氧絲PAN原絲原絲碳纖維碳纖維石墨纖維石墨纖維預(yù)氧化預(yù)氧化石墨化石墨化碳化碳化PAN基碳纖維的制造方法：基碳纖維的制造方法：碳纖維的應(yīng)用：碳纖維的應(yīng)用：長絲復(fù)絲及織物：長絲復(fù)絲及織物：用作復(fù)合材料的增強材

8、料。三大應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天材料、體育器材、其他工業(yè)。短纖維及氈：短纖維及氈：絕熱材料、填充材料、過濾材料、催化劑載體等活性碳纖維：活性碳纖維：吸附材料，廢水廢氣處理。n芳香族聚酰胺纖維（芳香族聚酰胺纖維（Aramid 芳綸芳綸）聚對苯二甲酰對苯二胺聚對苯二甲酰對苯二胺Kevlar Technora 芳綸芳綸1414聚間苯二甲酰間苯二胺聚間苯二甲酰間苯二胺Nomex Conex 芳綸芳綸1313結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由酰胺鍵連接的由芳香族基團組成的線型合成高分子。由酰胺鍵連接的由芳香族基團組成的線型合成高分子。大分子鏈中以芳香基取代脂肪基，鏈的柔性減小，剛性增大，反映在纖維大分子鏈中以芳香基取代脂肪基，鏈

9、的柔性減小，剛性增大，反映在纖維的性能方面是其初始模量和耐熱性顯著增大，并具有優(yōu)異的韌性。的性能方面是其初始模量和耐熱性顯著增大，并具有優(yōu)異的韌性。應(yīng)用：應(yīng)用：芳綸芳綸1414：簾子線；防彈服裝；航空航天復(fù)合材料。 芳綸芳綸1313：航空飛行服，宇航服，絕緣服，消防服，高溫下的過濾布、濾帶等。n紡織復(fù)合材料的概念紡織復(fù)合材料的概念廣義上：紡織復(fù)合材料是指采用纖維或纖維制品為增強材料的廣義上：紡織復(fù)合材料是指采用纖維或纖維制品為增強材料的復(fù)合材料。復(fù)合材料。狹義上：紡織復(fù)合材料特制采用狹義上：紡織復(fù)合材料特制采用紡織紡織方法尤其是方法尤其是三維織造三維織造方法方法獲得具有整體結(jié)構(gòu)的獲得具有整體結(jié)

10、構(gòu)的預(yù)型件預(yù)型件，并與基體材料復(fù)合所獲得的復(fù)合，并與基體材料復(fù)合所獲得的復(fù)合材料。材料。預(yù)型件（預(yù)型件（Preform）：利用紡織工藝方法鋪設(shè)纖維，成為紡織：利用紡織工藝方法鋪設(shè)纖維，成為紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的預(yù)先成型件，是復(fù)合材料的骨架。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的預(yù)先成型件，是復(fù)合材料的骨架。n二、二、紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點（優(yōu)越性）紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點（優(yōu)越性） 紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有整體性，各方向的性能都較好，紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有整體性，各方向的性能都較好，提高了抗損傷及沿厚度的性能。提高了抗損傷及沿厚度的性能。克服了層板復(fù)合材料層間性能低、易分層而引起沖擊損傷容限差和沿厚度的性能弱的缺點。例如，碳化硅

11、纖維三維編織物增強玻璃整體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的發(fā)動機葉片的沿厚度強度，是復(fù)合材料層板葉片的10倍(從3MPa增至30MPa)。 合理的設(shè)計和工藝保證了結(jié)構(gòu)件的強度和韌性。合理的設(shè)計和工藝保證了結(jié)構(gòu)件的強度和韌性。通過增強件、基體和界面的合理配置，使紡織復(fù)合材料成為同時具有強度和韌性的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。三維紡織復(fù)合材料可整體成型復(fù)雜件，防止了由個別層板結(jié)構(gòu)組合構(gòu)件時出現(xiàn)皺褶，同時也避免了在粘結(jié)、螺接和共固化中造成的工藝損傷，從而提高了受力的性能，使紡織復(fù)合材料更具有輕質(zhì)、高強的優(yōu)越性。 可制造形狀復(fù)雜和尺寸大的構(gòu)件，降低成本?？芍圃煨螤顝?fù)雜和尺寸大的構(gòu)件，降低成本。制造單層復(fù)合材料和手糊復(fù)雜形狀的構(gòu)件，需

12、要較長的制作周期，消耗較多的原材料和能源。紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的模壓整體成型能節(jié)約成本，特別是三維紡織復(fù)合材料。例如，飛機上的玻璃纖維縫合織物增強復(fù)合，材料的外形復(fù)雜的整流罩，比沿用的產(chǎn)品大大減少了皺稻及降低成本75?？捎米髟鰪姴牧系目椢锟捎米髟鰪姴牧系目椢餀C織機織、針織針織、編織編織、層合片層合片和和非織造布非織造布等結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)三維織物與傳統(tǒng)二維織物的區(qū)別：三維織物與傳統(tǒng)二維織物的區(qū)別：紗線交織方向數(shù)不同：紗線交織方向數(shù)是三或三以上。紗線交織方向數(shù)不同：紗線交織方向數(shù)是三或三以上。織物厚度不同：統(tǒng)織物較薄，是單層或兩層及兩以上層數(shù)的織物；織物厚度不同：統(tǒng)織物較薄，是單層或兩層及兩以上層數(shù)的織物；

13、三維織物較厚，織物層數(shù)可達幾十層。三維織物較厚，織物層數(shù)可達幾十層。紗線狀態(tài)不同：三維織物內(nèi)部的紗線往往是伸直的，在織物表面紗線狀態(tài)不同：三維織物內(nèi)部的紗線往往是伸直的，在織物表面發(fā)生大的屈曲和轉(zhuǎn)向；多采用不加捻的長絲，且主要由高性能纖維發(fā)生大的屈曲和轉(zhuǎn)向；多采用不加捻的長絲，且主要由高性能纖維進行織造。進行織造。織物形狀復(fù)雜程度不同：傳統(tǒng)織物是平面的織物，形狀簡單。立織物形狀復(fù)雜程度不同：傳統(tǒng)織物是平面的織物，形狀簡單。立體織物是圓筒形、方形、矩形、體織物是圓筒形、方形、矩形、T形、工字形等斷面的織物。形、工字形等斷面的織物。用途不同：一般立體織物是與其它材料如樹脂等復(fù)合成高性能的用途不同：

14、一般立體織物是與其它材料如樹脂等復(fù)合成高性能的復(fù)合材料。復(fù)合材料。四步法三維編織物四步法三維編織物 h 編織節(jié)長（花節(jié)長度），編織節(jié)長（花節(jié)長度），經(jīng)過一個編織循環(huán)后所增加的編織物長度。經(jīng)過一個編織循環(huán)后所增加的編織物長度。表面紗線表面紗線傾斜角，傾斜角， 直接在編織物表面測量出的紗線傾斜角。直接在編織物表面測量出的紗線傾斜角。 表面紗線表面紗線方向角，方向角， 編織物表面紗線與織物前進方向的夾角。編織物表面紗線與織物前進方向的夾角。（內(nèi)部）紗線（內(nèi)部）紗線方向角，方向角， 編織物內(nèi)部紗線與織物前進方向的夾角。編織物內(nèi)部紗線與織物前進方向的夾角。 二步法三維編織物二步法三維編織物 兩步法三維編

15、織物的優(yōu)點：兩步法三維編織物的優(yōu)點：1. 引入軸向伸直紗線，得到三維五向織物，使最終材料的性能引入軸向伸直紗線，得到三維五向織物，使最終材料的性能尤其是軸向性能更為優(yōu)異。尤其是軸向性能更為優(yōu)異。2. 編織形狀種類多，幾乎可編制任何橫截面形狀的三維織物。編織形狀種類多，幾乎可編制任何橫截面形狀的三維織物。3. 運動較簡單，運動零件少，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。運動較簡單，運動零件少，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。n基體材料的分類基體材料的分類基體材料主要包括以下三種：基體材料主要包括以下三種：金屬金屬基體材料、基體材料、陶瓷陶瓷基體材料和基體材料和聚合物聚合物基體材料基體材料金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料中，基體

16、主要是各種中，基體主要是各種金屬金屬或或金屬合金金屬合金。金。金屬與合金的品種繁多，目前用作金屬基體材料的主要有鋁及鋁屬與合金的品種繁多，目前用作金屬基體材料的主要有鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、鋼與銅合金、鋅合金、鉛、合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、鋼與銅合金、鋅合金、鉛、鈦鋁金屬間化合物等。鈦鋁金屬間化合物等。陶瓷基體材料陶瓷基體材料傳統(tǒng)的陶瓷是指傳統(tǒng)的陶瓷是指陶器陶器和和瓷器瓷器，也包括玻璃、水泥、搪瓷、磚，也包括玻璃、水泥、搪瓷、磚瓦等人造無機非金屬材料。瓦等人造無機非金屬材料。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)異的隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)異的新型陶瓷新型陶瓷

17、，它們不僅含有氧化物，還有碳化物、硼化物和氮化物等。它們不僅含有氧化物，還有碳化物、硼化物和氮化物等。 常用的陶瓷基體主要包括：玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、常用的陶瓷基體主要包括：玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。非氧化物陶瓷等。陶瓷是金屬和非金屬元素的固體化合物，其鍵合為共價鍵或陶瓷是金屬和非金屬元素的固體化合物，其鍵合為共價鍵或離子鍵，與金屬不同，它們不含有大量電子離子鍵，與金屬不同，它們不含有大量電子陶瓷基體材料的優(yōu)點：陶瓷基體材料的優(yōu)點：一般而言，陶瓷具有比金屬更高的熔點和硬度，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐熱性、抗老化性皆好。通常的陶瓷是絕緣體，在高溫下也可以導(dǎo)電，但比金屬導(dǎo)電性差得

18、多。缺點：脆性強，韌性差，很容易因存在裂紋、空隙、雜質(zhì)等細微缺陷而破碎，引起不可預(yù)測的災(zāi)難性后果，因而大大限制了陶瓷作為承載結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。近年來的研究結(jié)果表明，在陶瓷基體中添加其它成分，如陶瓷粒子、纖維或晶須，可提高陶瓷的韌性。粒子增強雖能使陶瓷的韌性有所提高，但效果并不顯著。n聚合物基體材料聚合物基體材料定義定義：聚合物基體材料一般指以有機高分子聚合物為主體，在一定的溫度和壓力下可塑制成型的合成材料。除了以有機高分子為主體以外，還加入： 增加塑性的增塑劑增加塑性的增塑劑 改變表面性能的潤滑劑改變表面性能的潤滑劑 防止受光熱影響的穩(wěn)定劑防止受光熱影響的穩(wěn)定劑 色料和填料等配合劑。色料和填料等

19、配合劑。主要特點：主要特點：密度小；強度比較高；具有良好的機械性能、電性能、光密度小；強度比較高；具有良好的機械性能、電性能、光性能和化學(xué)穩(wěn)定性。性能和化學(xué)穩(wěn)定性。聚合物基體聚合物基體分類：分類：按按樹脂熱行為樹脂熱行為分：熱固性分：熱固性及熱塑性熱塑性兩類。熱塑性基體熱塑性基體（如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等）：線形或有支鏈的固態(tài)高分子，可溶可熔，可反復(fù)加工成型而無任何化學(xué)變化。熱固性基體熱固性基體（如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬樹脂、不飽和聚酯等）：它們在制成最終產(chǎn)品前，通常為分子量較小的液態(tài)或固態(tài)預(yù)聚體，經(jīng)加熱或加固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固化后，形成不溶不熔的三維網(wǎng)狀高分子，這類基

20、體通常是無定形的。聚合物基體分類聚合物基體分類按按樹脂特性及用途樹脂特性及用途分為：分為：一般用途樹脂、耐熱性樹脂、耐候性樹脂、阻燃樹脂等。一般用途樹脂、耐熱性樹脂、耐候性樹脂、阻燃樹脂等。按按成型工藝成型工藝分：分：不同的成型工藝對樹脂的要求不同，如粘度、適用期、凝膠不同的成型工藝對樹脂的要求不同，如粘度、適用期、凝膠時間、固化溫度、增粘等，不同工藝應(yīng)選用不同型號樹脂。時間、固化溫度、增粘等，不同工藝應(yīng)選用不同型號樹脂。手糊用樹脂、噴射用樹脂、膠衣用樹脂、手糊用樹脂、噴射用樹脂、膠衣用樹脂、纏繞用樹脂、拉擠用樹脂等。纏繞用樹脂、拉擠用樹脂等。n4.2熱固性樹脂基體熱固性樹脂基體一、環(huán)氧樹脂（

21、一、環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）. 定義定義：凡是含有兩個或兩個以上環(huán)氧基：凡是含有兩個或兩個以上環(huán)氧基 的高聚的高聚物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。環(huán)氧基團的特點：具有強化學(xué)活性，可與多類物質(zhì)（固化劑）環(huán)氧基團的特點：具有強化學(xué)活性，可與多類物質(zhì)（固化劑）發(fā)生開環(huán)、交聯(lián)反應(yīng)，形成不溶不熔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。發(fā)生開環(huán)、交聯(lián)反應(yīng)，形成不溶不熔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)氧當(dāng)量環(huán)氧當(dāng)量：環(huán)氧樹脂最重要的特性指標(biāo)，表征樹脂分子中環(huán)氧：環(huán)氧樹脂最重要的特性指標(biāo)，表征樹脂分子中環(huán)氧基的含量，環(huán)氧當(dāng)量是指基的含量，環(huán)氧當(dāng)量是指含有含有1mol環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的質(zhì)量克環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的質(zhì)量克數(shù)數(shù)。環(huán)氧值環(huán)氧值：

22、100g環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基的摩爾數(shù)環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基的摩爾數(shù)。環(huán)氧樹脂的特點環(huán)氧樹脂的特點 形式多樣形式多樣：各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用，其范圍可以從極低的粘度到高熔點的固體。 固化方便固化方便：選用不同的固化劑，環(huán)氧體系幾乎可以在0180溫度范圍內(nèi)固化。 固化收縮性低固化收縮性低：環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過加成來進行的，沒有水或其他揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它和酚醛、不飽和聚酯樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。由于固化反應(yīng)沒有揮發(fā)性副產(chǎn)物放出，所以在成型時不需要高壓或除去揮發(fā)性副產(chǎn)物。 粘附力強粘附力強：環(huán)氧樹脂中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物

23、質(zhì)具有很高的粘附力。而環(huán)氧樹脂固化時收縮率低也有助于形成一種強韌的、內(nèi)應(yīng)力較小的粘合鍵。4.環(huán)氧樹脂的特點環(huán)氧樹脂的特點 力學(xué)性能優(yōu)異力學(xué)性能優(yōu)異：固化后環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。 電性能電性能：固化后的環(huán)氧樹脂體系在寬廣的頻率和溫度范圍內(nèi)具有良好的電性能。它們是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料。 化學(xué)穩(wěn)定性能化學(xué)穩(wěn)定性能：通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性，化學(xué)穩(wěn)定性取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。 尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定：上述的許多性能的綜合，使固化環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。

24、熱固性樹脂基體熱固性樹脂基體n一、一、環(huán)氧樹脂（環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）定義定義：凡是含有兩個或兩個以上環(huán)氧基 的高聚物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。n二、不飽和聚酯樹脂二、不飽和聚酯樹脂定義定義：由不飽和二元酸（或酸酐）與多元醇 縮聚而成的，在聚酯鏈中存在著不飽和雙鍵的一類樹脂。n三、酚醛樹脂（三、酚醛樹脂（Phenol Resin）定義定義：酚醛樹脂是酚類與醛類在催化劑作用下形成樹脂的統(tǒng)稱。它是工業(yè)化最早（1910年,德國Bakelite）的合成高分子材料。熱塑性聚合物熱塑性聚合物是指具有是指具有線型線型或或支鏈型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)的有機高分子化的有機高分子化合物。這類聚合物是線形或有支鏈的固態(tài)高

25、分子，可溶可熔，合物。這類聚合物是線形或有支鏈的固態(tài)高分子，可溶可熔，可反復(fù)加工成型而無任何化學(xué)變化。熱塑性聚合物在軟化或熔可反復(fù)加工成型而無任何化學(xué)變化。熱塑性聚合物在軟化或熔化狀態(tài)下，可以進行模塑加工，當(dāng)冷卻至軟化點以下能保持?；癄顟B(tài)下，可以進行模塑加工，當(dāng)冷卻至軟化點以下能保持模塑成型的形狀。塑成型的形狀。屬于熱塑性聚合物的有屬于熱塑性聚合物的有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙：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。烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚苯硫等。按聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，這類固態(tài)高分子有非晶按聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，這類固態(tài)高分子有非晶(或無定形

26、或無定形)和結(jié)晶兩和結(jié)晶兩類，而后者的結(jié)晶也是不完全的，通常的結(jié)晶度在類，而后者的結(jié)晶也是不完全的，通常的結(jié)晶度在2085范圍。范圍。n熱固復(fù)合材料制造的常用方法： 手糊、纏繞、拉擠、層手糊、纏繞、拉擠、層壓、壓、RTM一、手糊法一、手糊法n手糊成型工藝手糊成型工藝復(fù)合材料最早的一種成型方法，也是一種最簡單的方法。手糊工藝過程：手糊工藝過程： 首先準(zhǔn)備好模具，刷涂一層脫模劑，然后邊鋪纖維布首先準(zhǔn)備好模具，刷涂一層脫模劑，然后邊鋪纖維布（玻璃纖維布等）或氈，邊涂刷膠液。（玻璃纖維布等）或氈，邊涂刷膠液。 每鋪涂一層，用刷子撳壓或用輥子壓滾，使膠液浸透纖每鋪涂一層，用刷子撳壓或用輥子壓滾，使膠液浸

27、透纖維布或氈，并擠出氣泡。維布或氈，并擠出氣泡。 如此反復(fù)操作，一直鋪到所需厚度。如此反復(fù)操作，一直鋪到所需厚度。 加接觸壓（低壓），在室溫下放置，一直到樹脂固化。加接觸壓（低壓），在室溫下放置，一直到樹脂固化。 脫模，再進行后處理。脫模，再進行后處理。 如需加速固化，成型時可適當(dāng)加熱（一般低于如需加速固化，成型時可適當(dāng)加熱（一般低于80）。）。手糊工藝的優(yōu)點：手糊工藝的優(yōu)點： 不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)；品的生產(chǎn)； 設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費低。設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費低。 工藝簡單；工藝簡單；

28、易于滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材易于滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材料料 制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。手糊工藝的缺點：手糊工藝的缺點： 生產(chǎn)效率低，勞動強度大，勞動衛(wèi)生條件差。生產(chǎn)效率低，勞動強度大，勞動衛(wèi)生條件差。 受作業(yè)人員水平、經(jīng)驗和勞動態(tài)度的影響，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，受作業(yè)人員水平、經(jīng)驗和勞動態(tài)度的影響，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。性能穩(wěn)定性不高。 低壓成型，一般采用室溫或中溫固化，產(chǎn)品力學(xué)性能較低。低壓成型，一般采用室溫或中溫固化，產(chǎn)品力學(xué)性能較低。n手糊法適用場合手糊法適用場合手糊法適用于手糊法適用于： 生

29、產(chǎn)試制品；生產(chǎn)試制品； 機械強度要求不高的大型制品；機械強度要求不高的大型制品； 小批量、大尺寸、品種變化多的制品生產(chǎn)。小批量、大尺寸、品種變化多的制品生產(chǎn)。一般用來成型船體、小型游泳池、貯罐、大口徑管、一般用來成型船體、小型游泳池、貯罐、大口徑管、客車部件、波紋瓦等制品?？蛙嚥考⒉y瓦等制品。纏繞工藝纏繞工藝1.定義與分類定義與分類：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，然后固化脫模成為復(fù)合材料制品的工藝過程，稱為纏繞工藝。兩種不同的方式：兩種不同的方式： 將纖維或帶狀織物浸樹脂后，再纏繞在芯模上目前普遍采用 將纖維或帶狀織物纏好后，再浸漬樹脂。膠槽纖維擠膠輥膠槽纖維刮

30、刀膠輥沉浸式浸膠表面帶膠式浸膠干法纏繞：干法纏繞： 濕法纏繞：濕法纏繞：將無捻粗紗經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。將無捻粗紗經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。 將將預(yù)浸紗帶預(yù)浸紗帶（或（或預(yù)浸布預(yù)浸布），在纏繞機上經(jīng)加熱至粘流狀態(tài)并纏），在纏繞機上經(jīng)加熱至粘流狀態(tài)并纏繞到芯模上的成型工藝過程。繞到芯模上的成型工藝過程。 制品質(zhì)量穩(wěn)定（含膠量、尺寸等）；纏繞速度快（制品質(zhì)量穩(wěn)定（含膠量、尺寸等）；纏繞速度快（100200m/min）; 勞動衛(wèi)生條件好；預(yù)浸設(shè)備投資大勞動衛(wèi)生條件好；預(yù)浸設(shè)備投資大不需要預(yù)浸漬設(shè)備，設(shè)備投資少；便于選材；紗片質(zhì)量及張力需嚴不需要預(yù)浸漬設(shè)備，設(shè)備投資少；

31、便于選材；紗片質(zhì)量及張力需嚴格控制，固化時易產(chǎn)生氣泡。格控制，固化時易產(chǎn)生氣泡。 2. 纏繞規(guī)律纏繞規(guī)律纏繞規(guī)律纏繞規(guī)律是描述紗片均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、排布在芯模是描述紗片均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、排布在芯模表面的狀態(tài)，以及芯模與導(dǎo)絲頭間運動關(guān)系的規(guī)律。表面的狀態(tài)，以及芯模與導(dǎo)絲頭間運動關(guān)系的規(guī)律。對纏繞線形的要求：對纏繞線形的要求： 纖維既不重合又不離縫，均勻連續(xù)布滿芯模表面。纖維既不重合又不離縫，均勻連續(xù)布滿芯模表面。 纖維在芯模表面位置穩(wěn)定，不打滑。纖維在芯模表面位置穩(wěn)定，不打滑。 環(huán)向纏繞環(huán)向纏繞 縱向纏繞縱向纏繞 螺旋纏繞螺旋纏繞 纏繞線型分類纏繞線型分類 環(huán)向纏繞環(huán)向纏繞芯模自轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)絲頭近

32、似移動一個紗片寬度的纏繞，稱環(huán)向纏繞。（只芯模自轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)絲頭近似移動一個紗片寬度的纏繞，稱環(huán)向纏繞。（只能纏繞直筒段）能纏繞直筒段）維沿容器的圓周方向纏繞，纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸夾角一般在維沿容器的圓周方向纏繞，纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸夾角一般在85-90之間。之間。特點：與鄰近紗線之間特點：與鄰近紗線之間相切而不相交相切而不相交。環(huán)向纏繞可提供最大的環(huán)向強度。環(huán)向纏繞可提供最大的環(huán)向強度。封頭 紗帶筒身b b 芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭以特定速度沿芯模軸線方向往復(fù)運動的纏繞芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭以特定速度沿芯模軸線方向往復(fù)運動的纏繞方式稱螺旋纏繞。方式稱螺旋纏繞。 此纏繞方式不僅可以纏繞圓筒段，而且

33、纏繞端頭此纏繞方式不僅可以纏繞圓筒段，而且纏繞端頭(封頭封頭)。 螺旋纏繞螺旋纏繞又稱測地線纏繞。是纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸成某一個角度（一般在又稱測地線纏繞。是纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸成某一個角度（一般在15-85之之間）做螺旋式纏繞。間）做螺旋式纏繞。特點：束纖維都對應(yīng)極孔圓周上的一個切點。相同方向鄰近紗線之間是相特點：束纖維都對應(yīng)極孔圓周上的一個切點。相同方向鄰近紗線之間是相接而不相交。不同方向的紗線則相交。這樣，當(dāng)纖維均勻纏滿芯模表面時，接而不相交。不同方向的紗線則相交。這樣，當(dāng)纖維均勻纏滿芯模表面時，就構(gòu)成了雙層纖維層。螺旋纏繞可提供所要求的縱向強度和環(huán)向強度就構(gòu)成了雙層纖維層。螺旋纏繞可提供所要求

34、的縱向強度和環(huán)向強度 導(dǎo)絲頭在固定平面內(nèi)做勻速圓周運動，芯模繞自軸慢速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)一導(dǎo)絲頭在固定平面內(nèi)做勻速圓周運動，芯模繞自軸慢速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)動的微小角度近似一個紗片寬度，這種纏繞方法稱為平面纏繞。周，芯模轉(zhuǎn)動的微小角度近似一個紗片寬度，這種纏繞方法稱為平面纏繞。 縱向纏繞縱向纏繞纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸夾角一般在纖維和芯模旋轉(zhuǎn)軸夾角一般在0-25之間。之間。特點：紗線排布彼此不發(fā)生交叉，纖特點：紗線排布彼此不發(fā)生交叉，纖維纏繞軌跡是一條單圓平面封閉曲線。維纏繞軌跡是一條單圓平面封閉曲線?？v向纏繞可提供最大的縱向強度?？v向纏繞可提供最大的縱向強度。4連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的優(yōu)點：優(yōu)點： 纖

35、維按預(yù)定要求排列的纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度規(guī)整度和和精度精度高，通過改變纖維排布方式、數(shù)量，高，通過改變纖維排布方式、數(shù)量，可以實現(xiàn)等強度設(shè)計，因此，能在較大程度上發(fā)揮增強纖維抗張性能優(yōu)異可以實現(xiàn)等強度設(shè)計，因此，能在較大程度上發(fā)揮增強纖維抗張性能優(yōu)異的特點；的特點； 成品結(jié)構(gòu)合理，比強度和比模量高；成品結(jié)構(gòu)合理，比強度和比模量高； 質(zhì)量比較穩(wěn)定；質(zhì)量比較穩(wěn)定； 生產(chǎn)效率較高等。生產(chǎn)效率較高等。缺點：缺點： 容易形成氣泡，造成制件內(nèi)孔隙過多，降低層間剪切強度、壓縮強度和抗失穩(wěn)能容易形成氣泡，造成制件內(nèi)孔隙過多，降低層間剪切強度、壓縮強度和抗失穩(wěn)能力。力。 開孔周圍應(yīng)力集中程度高，開孔后會使強

36、度降低。因此，開孔處應(yīng)補強或嵌入金開孔周圍應(yīng)力集中程度高，開孔后會使強度降低。因此，開孔處應(yīng)補強或嵌入金屬預(yù)埋件。屬預(yù)埋件。 纏繞時紗線的張力不容易控制。纏繞時紗線的張力不容易控制。 制品的形狀有局限性，多為圓柱體、球體以及某些正曲率的回轉(zhuǎn)體。制品的形狀有局限性，多為圓柱體、球體以及某些正曲率的回轉(zhuǎn)體。 纏繞機價格比較貴設(shè)備投資費用大，只有大批量生產(chǎn)時才可能降低成本。纏繞機價格比較貴設(shè)備投資費用大，只有大批量生產(chǎn)時才可能降低成本。 5纏繞技術(shù)的纏繞技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用 連續(xù)纖維纏繞法適于制作連續(xù)纖維纏繞法適于制作承受一定內(nèi)壓承受一定內(nèi)壓的的中空型容器中空型容器，如固，如固體火箭發(fā)動機殼體、導(dǎo)彈放熱層

37、和發(fā)射筒、壓力容器、大型貯體火箭發(fā)動機殼體、導(dǎo)彈放熱層和發(fā)射筒、壓力容器、大型貯罐、各種管材等。罐、各種管材等。 近年來發(fā)展起來的異型纏繞技術(shù)，可以實現(xiàn)復(fù)雜橫截面形狀近年來發(fā)展起來的異型纏繞技術(shù)，可以實現(xiàn)復(fù)雜橫截面形狀的回轉(zhuǎn)體或斷面呈矩形、方形以及不規(guī)則形狀容器的成型。的回轉(zhuǎn)體或斷面呈矩形、方形以及不規(guī)則形狀容器的成型。 其他特殊纏繞技術(shù)：內(nèi)側(cè)纏繞、傾斜纏繞、彎管纏繞其他特殊纏繞技術(shù)：內(nèi)側(cè)纏繞、傾斜纏繞、彎管纏繞 軍工航天領(lǐng)域軍工航天領(lǐng)域民用領(lǐng)域：民用領(lǐng)域：風(fēng)力發(fā)電機葉片風(fēng)力發(fā)電機葉片化工等民用領(lǐng)域化工等民用領(lǐng)域壓力容器壓力容器n預(yù)浸料預(yù)浸料定義定義：預(yù)浸料是制造復(fù)合材料的：預(yù)浸料是制造復(fù)合材

38、料的中間材料中間材料，是用樹脂基體在嚴，是用樹脂基體在嚴格控制的條件下浸漬連續(xù)、短切纖維或織物，制成樹脂基體與格控制的條件下浸漬連續(xù)、短切纖維或織物，制成樹脂基體與增強體的組合物。增強體的組合物。n二、層壓工藝過程二、層壓工藝過程 層壓工藝是將預(yù)浸料按壓制厚度要求配迭成板坯，置于兩層壓工藝是將預(yù)浸料按壓制厚度要求配迭成板坯，置于兩個拋光的金屬模板之間加熱、加壓、經(jīng)熱壓固化，然后冷卻脫個拋光的金屬模板之間加熱、加壓、經(jīng)熱壓固化，然后冷卻脫模。具體步驟：模。具體步驟：預(yù)浸料裁剪：尺寸，裁剪的方向等。預(yù)浸料裁剪：尺寸，裁剪的方向等。預(yù)浸料配迭：用量的計算，不同含膠量的預(yù)浸料的搭配等。預(yù)浸料配迭：用量

39、的計算，不同含膠量的預(yù)浸料的搭配等。熱壓工藝：溫度，壓力等的選擇。熱壓工藝：溫度，壓力等的選擇。后處理：使樹脂進一步固化直到完全固化，同時部分消除后處理：使樹脂進一步固化直到完全固化，同時部分消除制品內(nèi)的應(yīng)力。制品內(nèi)的應(yīng)力。定義定義 樹脂傳遞樹脂傳遞模塑模塑(RTM)是將樹脂是將樹脂注入注入到到閉合模具閉合模具中浸中浸潤增強材料并固化的潤增強材料并固化的工藝方法。工藝方法。復(fù)合材料復(fù)合材料界面界面定義定義復(fù)合材料的界面是指基體與增強物之復(fù)合材料的界面是指基體與增強物之間結(jié)構(gòu)與性能有顯著變化、可起到在基體相與增強相間均勻地間結(jié)構(gòu)與性能有顯著變化、可起到在基體相與增強相間均勻地傳遞載荷并阻礙材料裂

40、紋進一步擴展的作用的微小區(qū)域。傳遞載荷并阻礙材料裂紋進一步擴展的作用的微小區(qū)域。n二、復(fù)合材料界面改性過程中應(yīng)遵循的原則二、復(fù)合材料界面改性過程中應(yīng)遵循的原則1.極性相似原則：極性相似原則：無機類的增強材料表面極性與聚合物基體有較大的差別無機類的增強材料表面極性與聚合物基體有較大的差別二者相容性差，基體不易浸潤增強材料的表面二者相容性差，基體不易浸潤增強材料的表面基體材料難以完全排除基體材料難以完全排除增強劑表面已吸附的氣增強劑表面已吸附的氣體，導(dǎo)致制成的復(fù)合材體，導(dǎo)致制成的復(fù)合材料孔隙率高、性能差料孔隙率高、性能差兩個接觸面間距離難以達到兩個接觸面間距離難以達到5埃埃的近程，因而削弱或喪失界面分的近程，因而削弱或喪失界面分子間的色散、偶極與氫鍵等作用子間的色散、偶極與氫鍵等作用力，導(dǎo)致基體樹脂對增強劑表面力，導(dǎo)致基體樹脂對增強劑表面不發(fā)生粘結(jié)作用不發(fā)生粘結(jié)作用因此，需對增強劑表面必須予以改性處理，使其極性達到與基體聚合物因此，需對增強劑表面必須予以改性處理，使其極性達到與基體聚合物樹脂極性相似，增加二者相容性。樹脂極性相似，增加二者相容性。2.界面酸堿匹配原則：界面酸堿匹配原則：無機類的增強材料表面無機類的增強材料表面酸堿性酸堿性表面處理劑表面處理劑酸堿性酸堿性相匹配相匹配使接觸體系界面電子斥引作用相匹配，充分發(fā)揮使接觸體系界面電子斥引作用相匹