復(fù)合材料及其成型8.1復(fù)合材料概述由兩種或兩種以上具有不同的化學(xué)或物理性質(zhì)的組分材料組成的一種與組分材料性質(zhì)不同的新材料，且各組分材料之間具有明顯的界面。有連續(xù)相的基體(如聚合物－樹脂、金屬、陶瓷等)與分散相的增強(qiáng)體材料(如各種纖維、織物及粉末填料等)組成的多相體系。第8章復(fù)合材料及其成型2、分類A、按用處分類構(gòu)造復(fù)合材料：以其力學(xué)性能如強(qiáng)度、剛度、形變等特性為工程所應(yīng)用，主要用于構(gòu)造承力或維持構(gòu)造外形。功能復(fù)合材料：以其聲、光、電、熱、磁等物理特性為工程所應(yīng)用，用于如絕熱、透波、耐腐蝕、耐磨、減振或熱變形等熱、聲、光、電、磁的功能要求。B、按基體分類金屬基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料C、按增強(qiáng)相分類：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合材料復(fù)合材料高聚物基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料樹脂基復(fù)合材料橡膠基復(fù)合材料熱固性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料第8章復(fù)合材料及其成型顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料連續(xù)纖維復(fù)合材料不連續(xù)纖維復(fù)合材料層合構(gòu)造復(fù)合材料纏繞構(gòu)造復(fù)合材料顆粒強(qiáng)化復(fù)合材料彌散強(qiáng)化復(fù)合材料多向編織復(fù)合材料短切纖維復(fù)合材料晶須復(fù)合材料顆粒直徑范圍1~50μm，顆粒體積含量25％~70%，增強(qiáng)顆粒之間的間隔一般大于1μm。顆粒的作用：由于顆粒本身的剛硬阻止基體變形而起到增強(qiáng)作用。顆粒直徑范圍0.01~0.1μm，顆粒體積含量1％~15％。顆粒的作用：阻止基體材料的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而起到增強(qiáng)作用。由無緯布或纖維織物鋪疊而成由纖維粗紗纏繞或纖維織物帶按一定纏繞規(guī)律卷繞而成由纖維在三維多方向編織而成第8章復(fù)合材料及其成型第8章復(fù)合材料及其成型3、組成：基體材料(連續(xù)相)：粘結(jié)、保護(hù)纖維，并傳遞應(yīng)力增強(qiáng)材料(分散相)4、命名方法強(qiáng)調(diào)基體強(qiáng)調(diào)了基體材料的種類和特征。如：酚醛樹脂基復(fù)合材料、鋁合金基復(fù)合材料等(2)強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)材料的種類和性質(zhì)。如：碳纖維復(fù)合材料、金屬纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料等(3)基體與增強(qiáng)體并用即同時(shí)出現(xiàn)基體材料和增強(qiáng)體材料碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料等。復(fù)合材料構(gòu)造示意圖a)疊層復(fù)合材料b)、d)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料c)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料34510203040E/r(106cm)鋼鋁玻璃/環(huán)氧Al2O3晶須/NiAl2O3晶須/鋁碳化硼/鋁硼/環(huán)氧碳/環(huán)氧鈹硼/鉬硼/鎳硼/鋁σ/r(106cm)234510幾種常用材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料比強(qiáng)度、比模量的比較(1)組分材料密度都較低；(2)由于纖維具有很小的直徑，其內(nèi)部缺陷要比塊狀形式的材料少得多，所以強(qiáng)度較高。復(fù)合材料在飛機(jī)上使用量已作為當(dāng)代飛機(jī)先進(jìn)性的指標(biāo)之一第8章復(fù)合材料及其成型二、復(fù)合材料的特點(diǎn)比強(qiáng)度高、比模量高材料名稱比強(qiáng)度比模量鋼0.130.27鋁0.170.26玻纖/聚酯CM0.530.21碳纖/環(huán)氧CM1.030.21第8章復(fù)合材料及其成型對缺口和應(yīng)力集中的敏感性小阻止疲勞裂紋擴(kuò)展或改變裂紋擴(kuò)展途徑三種材料的疲勞強(qiáng)度比較第8章復(fù)合材料及其成型高溫性能優(yōu)良如用碳纖維增強(qiáng)鋁合金后，～400℃時(shí)強(qiáng)度和彈性模量根本不變減振性能好構(gòu)造自振頻率∝材料比模量的平方根，防止構(gòu)件共振纖維與基體界面吸收振動(dòng)能量，使振動(dòng)很快衰減第8章復(fù)合材料及其成型復(fù)合材料既是一種材料又是一種構(gòu)造復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性：可設(shè)計(jì)性好是復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料的根本特點(diǎn)之一復(fù)合材料構(gòu)造設(shè)計(jì)包含材料設(shè)計(jì)：一般情況下構(gòu)造設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)一次完成，包括力學(xué)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)單層的種類(a)無緯單層(b)經(jīng)緯交織單層層合構(gòu)造復(fù)合材材料由纖維與基體所組成的單層以不同方向?qū)雍隙蓮?fù)合材料力學(xué)性能的特點(diǎn)

(1)各向異性性能

(2)非均質(zhì)性

(3)層間強(qiáng)度低第8章復(fù)合材料及其成型第8章復(fù)合材料及其成型三、常用增強(qiáng)材料1、纖維增強(qiáng)材料第8章復(fù)合材料及其成型三、常用增強(qiáng)材料2、顆粒增強(qiáng)材料三、增強(qiáng)機(jī)制簡介1、纖維增強(qiáng)〔1〕纖維增強(qiáng)機(jī)制與塊狀材料相比，纖維具有更高的強(qiáng)度和被基體保護(hù)的纖維，不易受損傷，受載時(shí)不易產(chǎn)生裂紋，使材料承載才能增大纖維斷裂時(shí)，基體能阻止裂紋擴(kuò)展并改變擴(kuò)展方向纖維與基體間適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度，使纖維斷裂而從基體中難以拔出第8章復(fù)合材料及其成型第8章復(fù)合材料及其成型〔2〕纖維增強(qiáng)復(fù)合條件纖維的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)遠(yuǎn)高于基體纖維與基體間應(yīng)有適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度纖維的排列方向應(yīng)與構(gòu)件受力方向一致纖維與基體的熱膨脹系數(shù)應(yīng)匹配纖維與基體之間不應(yīng)發(fā)生使結(jié)合強(qiáng)度降低的化學(xué)反響纖維所占體積分?jǐn)?shù)、纖維長度L和直徑d及長徑比L/d等應(yīng)滿足一定要求第8章復(fù)合材料及其成型2.顆粒增強(qiáng)高度彌散分布于基體中的增強(qiáng)顆粒使主要承受載荷的基體的強(qiáng)度得到進(jìn)步對于金屬基體，增強(qiáng)顆粒阻礙基體中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)對于高聚物基體，增強(qiáng)顆粒阻礙基體中分子鏈的運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)顆粒直徑一般在～μm范圍時(shí)增強(qiáng)效果最好第8章復(fù)合材料及其成型四、復(fù)合材料的應(yīng)用在航空宇航領(lǐng)域的應(yīng)用在汽車工業(yè)及交通運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用在建筑領(lǐng)城的應(yīng)用第8章復(fù)合材料及其成型一、聚合物基復(fù)合材料成型工藝1、手糊成型工藝?yán)w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。8.2復(fù)合材料成型工藝模具準(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第8章復(fù)合材料及其成型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。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。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第8章復(fù)合材料及其成型3、模壓成型工藝將一定量的模壓料放入金屬對模中，在一定溫度、壓力作用下，固化成型制品的方法。4、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