复合材料工艺学.ppt

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1、复合材料工艺学,材料科学与工程学院曹笃霞,课件,刘雄亚 谢怀勤 主编,武汉理工大学出版社,复合材料工艺及设备,教材,课件,1.复合材料成型技术黄家康主编，化学工业出版社。2.先进复合材料鲁云、朱世杰主编，机械工业出版社。3.复合材料学周祖福主编，武汉理工大学出版社4.复合材料聚合物基体赵玉庭等主编，复合材料聚合物基体，武汉理工大学出版社,参考书目,课件,主要内容,主要内容,1 绪论2 手糊成型工艺3 夹层结构成型工艺4 模压成型工艺5 模压成型模具6 层压工艺7 缠绕成型工艺,课件,主要内容,主要内容,8 其他成型工艺9 热塑性复合材料及其工艺理论基础10 挤出成型工艺11 注射成型工艺12

2、热塑性片状模塑料及其制品冲压成型工艺13 无机非金属基复合材料成型工艺14 金属基复合材料成型工艺,课件,1.1 复合材料发展概况 1.2 复合材料的基本性能 1.3 复合材料的成型工艺 1.4 选择成型工艺方法的原则,1.绪论,第一章 绪论,课件,1.1 复合材料发展概况,1.1 复合材料发展概况说明：复合材料(Composite Material，简称CM),第一章 绪论,一、CM的定义,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 复合材料发展概况,第一章 绪论,注意：所研究的CM与化合材料、混合材料的区别,多

3、相体系和复合效果是复合材料区别于传统“混合材料”和“化合材料”的两大特征,CM=增强材料 基体材料,主要体现：,由此可以得出,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。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,理论上形成比较完整体系的是树脂基复合材料,无机非金属基复合材料,由于增强材料和基体材料的不同，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：,基体材料,树脂基复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料、石膏基复合材料、水泥基复合材料、氯氧镁基复合材料,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,玻璃纤维增强高分子复合材料,课件,1

4、.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料,根据增强原理,弥散增强型,粒子增强型,纤维增强型,复合过程的性质,化学复合的复合材料,物理复合的复合材料,自然复合的复合材料,根据复材的功能,电功能复合材料,热功能复合材料,光功能复合材料,粒子直径：150m，体积分数20%,粒子直径：0.010.1m，粒子体积分数：1%5%;,根据使用目的,结构复合材料,功能复合材料,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料,增强纤维的类型,碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料,有机纤维复合材料,增强物的外形,连续纤维增强复合材料,纤维织物或片状纤维,短纤维增强,硼纤维复合材料,混杂纤维复合材料,粒状

5、填料,化学组成,同质复合,异质复合,课件,1.1 复合材料发展概况,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、片状模塑料(SMC)、拉挤成型工艺、透明玻璃钢。70年代，树脂反应注射模塑(RIM)及增强反应注射模塑(RRIM)研究成功，热塑性片状模塑料 80年代，离心浇铸工艺,利用高压冲击，混合两种单体物料，工艺过程中既控制物料的反应温度，又控制物料的注射率，在模具内直接成型制品。不含增强材料与填料。,物料里含有增强材料或填料,将树脂、玻纤和填料按一定比例加入

6、到旋转的模具内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料在模内挤压密实，固化成型。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,进入20世纪70年代，开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料(Advanced Composite Materials,简称ACM)，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。,先进复合材料,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。采用大

7、量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,2007年6月8日，“阿特兰蒂斯”号航天飞机在位于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空，飞往国际空间站。,课件,1.1 复合材料发展概况,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重要作用。,(1)建筑工业中，广泛用于各种轻型结构房屋、建筑装饰及雕塑、卫生洁具、门及窗构件、地面等。(2)化学工业中，主要用于各种防腐蚀管、罐、泵、阀门、贮槽及各种防腐设备的衬里。(3)

8、交通运输方面，汽车制造工业中，主要用于各种车身构件、仪表盘、车门等；铁路运输中用于客车车厢、车门窗、水箱及各种通讯线路器材等。(4)造船工业中，用于生产各种工作艇、渔船、潜水艇、救生艇等,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,(5)体育用品中各种体育器材。如球拍、滑板、赛艇、皮艇、划桨等。(6)在军械及航空工业中，用于生产子弹、弹壳、火炮护罩、雷达罩、机翼、直升机旗翼等。(7)在电器工业中，用于生产层压板、路灯灯具、带电操作工具等。(8)在机械制造工业中，玻璃钢叶片、风机、泵、齿轮等。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料用于建筑构件,复合材料用于城市雕塑,课件,1.

9、1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料用于家用设备,玻璃钢花盆,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,玻璃钢管道,储存罐,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料应用于汽车配件,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料应用于电路板,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料应用于体育器材,复合材料应用于商用飞机,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料应用于风力发电,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,格栅,格栅是采用高强度玻璃纤维长丝做增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体，经特殊加工复合成型的玻璃钢结构材料。,课件,1

10、.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,具有良好的耐腐蚀性；轻质、高强、且便于切割、安装。内在交错编制结构，整体成型的应用将负载分布在 纵向栅条和横向栅条上绝缘、绝燃、无磁性。可设计性强，尺寸灵活多样，尺寸稳定。外形美观，使用周期长，勿需维护，安装方便。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,应用场所：,化工行业、造纸业、发电厂、污水处理厂、食品加工厂、冶炼厂、矿山、盐场、核电站、蓄电池厂等等。可用做为：人行走道、桥板、工业地坪、操作平台、地沟盖板、托盘、护栏、围栏、货架、隔离带、绿地走道、楼板踏步等。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,2.我国复合材料发展概况1958年 手

11、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 复合材料发展概况,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。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,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,我国复合材料的发展潜力和热点,复合材料创新,聚丙烯腈基纤维发展,玻璃纤维结构调整,开发能源、交通用复合材料市场,纤维复合材料基础设施应用,复合材料综合处理与再生,课件,1.1 复合

12、材料发展概况,第一章 绪论,复合材料创新,包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,聚丙烯腈基纤维发展,我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,玻璃纤维结构调整,改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强

13、材料的新发展。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,开发能源、交通用复合材料市场,清洁、可再生能源用复合材料；汽车、城市轨道交通用复合材料；民航客机用复合材料；船艇用复合材料。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,纤维复合材料基础设施应用,国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。,课件,1.1 复合材料发展概况,第一章 绪论,复合材料综合处理与再生,重点发展物理回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，

14、大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。,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、增强材料的性能、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,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 CM最突出、重要的特点。用比强度(强度/密度)，比弹性模量(弹性模量/密度)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 复合材料区别于传统材料的根本特点之一,设计人员可根据所

15、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,课件,1.2 CM的基本性能,第一章 绪论,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。,3、工艺性能好,玻璃纤维增强树脂基复合材料特性：,热性能好、耐腐蚀性能好、电性能好、耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。,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。,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。,a、电绝缘性能好，不受电磁作用；b、微波

16、穿透性好；c、可制作成不带静电的制品。,课件,第一章 绪论,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,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 主要考虑制品的性能要求和经济性。,1.4 成型工艺的选择原则,(1)产品的外形构造和尺寸大小；(2)材料性能和产品质量要求；(3)生产批量大小及供应时间要求；(4)企业可能提供的设备条件及资金；(5)综合经济效益，保证企业盈利。,