复合材料工艺及设备.ppt
复合材料工艺及设备,刘雄亚 谢怀勤 主编,武汉工业大学出版社,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,第一章 绪论1.1 复材发展的概况 说明：复合材料（Composite Materials），以下简称CM一、CM的定义（各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一的说法）广义的定义：CM是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,注意：所研究的CM与化合材料、混合材料的区别。主要体现在：多相体系和复合效果是复合材料区别于传统的“混合材料”和“化合材料”的两大特征。举例：砂子与石子混合，合金或高分子聚合物狭义定义：（通常研究的内容：）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。由此可以得出：,CM=增强材料 基体材料,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,由于增强材料和基体材料的不同，因此决定了复合材料的品种和性能的千变万化。复合材料的分类：金属基复合材料按基体材料不同可分为：树脂基复合材料理论上形成比较完整体系的是树脂基复合材料,无机非金属复合材料,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,在学习本课程之前，先了解一下本课程中常用的一些代号。CM 复合材料FRP 纤维增强塑料FRTP 纤维增强热塑性塑料SMC 片状模塑料DMC 团状模塑料BMC 块状模塑料RTM 树脂传递模塑RIM 反应注射模塑RRIM 增强反应注射模塑GMT 热塑性片状模塑料AS AS树脂，丙烯腈苯乙烯共聚物,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,二、CM的发展历程概况1、国外复合材料的发展二十世纪40年代，在美国首先出现了手糊工艺（雷达罩、飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼）60年代，缠绕工艺、喷射成型、SMC、拉挤成型工艺、透明玻璃钢。70年代，RIM及RRIM，热塑性片状模塑料80年代，离心浇铸工艺,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,复合材料在国民经济建设和国防建设的各个领域中发挥的重要作用。例如P3，19复合材料在汽车、建筑、造船工业中玻璃钢用量情况见P4，表1-4。（2）我国复合材料发展概况1958年 手糊1962年 喷射成型及蜂窝成型1972年 武工大、华东化工、哈建工成立专业1975年 玻璃钢学会 玻璃钢/复合材料 1980年 复合材料学会 复合材料学报（北航）,课件,1.1 复材发展的概况,第一章 绪论,71年以前主要是军工产品，以后开始转向民用品。主要用于建筑、化工、轻工、交通、造船等工业。无机非金属复合材料的发展状况见P5另外，植物纤维增强的复合材料，近些年来有了较快的发展：如纸面石膏板，植纤石膏板，水泥板等。作业：1、复合材料广义的定义是什么？2、按照基体不同复合材料怎么分类？,课件,1.2 CM的基本性能,第一章 绪论,1.2 CM的基本性能1.2.1 CM的基本性能主要取决于3个方面：1、增强材的性能、含量及分布情况2、基体材料的性能及含量3、界面的结合情况燃烧性能主要取决于2、3力学性能主要取决于1、2、3导热、电、耐腐蚀等性能主要取决于2、3,课件,1.2 CM的基本性能,第一章 绪论,1.2.2 CM的主要性能特点：1、轻质高强 是CM最突出、重要的特点，也是研究最多的特点。可以用比强度（强度/密度），比弹性模量（弹性模量/密度）来定量描述。,课件,1.2 CM的基本性能,第一章 绪论,2、可设计性好 是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。可设计性是指：设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。具体体现在以下两个方面：力学设计给制品一定的强度和刚度功能设计给制品除力学性能外的其他性能 例如：化工厂的天窗 正是由于复合材料的可设计性，我们可以根据制品的需要重点设计某一种或几种物理性能，一些不需要的性能可以不去考虑，从而降低总成本。,课件,1.2 CM的基本性能,第一章 绪论,3、工艺性能好复合材料的工艺性能十分优越，其成型方法多种多样，成型条件机动灵活。以上三点是复合材料通有的特性。具体到玻璃纤维增强树脂基复合材料，还具有以下特性：4、热性能好 导热系数小，是金属材料1/1001/1000；特殊类型的玻璃钢可耐瞬时高温。5、耐腐蚀性能好 可以耐酸、碱、盐的腐蚀、海水、微生物腐蚀，适合于制作化工管道、储罐、船舶等。,课件,第一章 绪论,6、电性能好 a、电绝缘性能好，不受电磁作用；b、微波穿透性好；c、可制作成不带静电的制品。7、其它特点：耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。作业：1、复合材料性能的主要决定因素有哪些？2、复合材料的主要性能特点有哪些？,1.2 CM的基本性能,课件,第一章 绪论,1.2.3 树脂基CM的缺点：一般情况下1）、弹性模量低 比钢材小10倍2）、长期耐热性差3）、易老化4）、表面硬度低、耐磨性差 也有特殊情况，例如聚氨脂弹性体复合材料耐磨性能好。复合材料的成本情况：水泥、石膏基CM树脂基CM金属基CM陶瓷基CM,1.2 CM的基本性能,课件,1.3 CM的成型工艺,第一章 绪论,1.3 CM的成型工艺（树脂基）目前在生产上经常采用的成型方法有16种：1、手糊成型湿法铺层成型2、夹层结构成型（手糊法、机械法）3、模压成型4、层压成型5、缠绕成型6、拉挤成型7、注射成型8、喷射成型9、真空袋压力成型,课件,第一章 绪论,10、压力袋成型11、树脂注射和树脂传递模塑成型12、卷制成型13、真空辅助注射成型14、离心浇铸成型15、片状（团状）模塑成型16、连续板材成型 目前我国还是以手糊成型为主，在树脂基复合材料中约占80%。,1.3 CM的成型工艺,课件,第一章 绪论,1.4 成型工艺的选择原则 P7 主要考虑制品的性能要求和经济性。主要成型工艺比较见表1-7，成型方法的技术经济比较见表1-8。,1.3 CM的成型工艺,
