第九章 复合材料的成形工艺

1、第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺主讲人：于美杰主讲人：于美杰 副教授副教授 Tel：88396181 Email： 第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第九章 复合材料的成形工艺n本章基本要求本章基本要求n了解复合材料的分类了解复合材料的分类n了解树脂基复合材料的常用成形工艺了解树脂基复合材料的常用成形工艺第九章 目录v 第一节第一节 复合材料简介复合材料简介v 第二节第二节 金属基复合材料成形工艺金属基复合材料成形工艺v 第三节第三节 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺v 第四节第四节 陶瓷基复合材料成形工艺陶瓷基复合材料成形工艺v v 第九章第九章

2、 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第一节 复合材料简介Introduction ofcompositesv 复合材料复合材料n由两种或两种以上的由两种或两种以上的物理和化学性质物理和化学性质不同的不同的物质物质，经，经人工合成的一种人工合成的一种多相多相固体材料。固体材料。n性能大大优于单一材料性能大大优于单一材料n可按对材料性能的需求进行材料的设计和制造可按对材料性能的需求进行材料的设计和制造n可制成所需的任意形状的产品，避免多次加工工序。可制成所需的任意形状的产品，避免多次加工工序。n基体材料基体材料增强材料增强材料（夹层结构材料）（夹层结构材料）n界面结合是关键（润湿、溶解、化学反应

3、）界面结合是关键（润湿、溶解、化学反应）第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第一节 复合材料简介Introduction ofcompositesv 复合材料分类复合材料分类n按作用分：结构型和功能型按作用分：结构型和功能型n按基体分：金属基、树脂基、橡胶基、陶瓷基等按基体分：金属基、树脂基、橡胶基、陶瓷基等n按增强体分：颗粒增强、纤维增强等按增强体分：颗粒增强、纤维增强等第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第一节 复合材料简介Introduction ofcompositesv 复合材料性能特点复合材料性能特点n高的比强度和比模量高的比强度和比模量n抗疲劳性好抗疲

4、劳性好n耐高温性好耐高温性好v常用增强纤维：常用增强纤维：n碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、晶须晶须v常用树脂基体：常用树脂基体：n热固性：环氧、聚酰亚胺、双马来酰亚胺热固性：环氧、聚酰亚胺、双马来酰亚胺n热塑性：聚醚醚酮（热塑性：聚醚醚酮（PEEK）n减震性能好减震性能好n断裂安全性高断裂安全性高n可设计性好可设计性好第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第一节 复合材料简介Introduction ofcompositesv 复合材料的增强和复合机制复合材料的增强和复合机制n增强：增强： 颗粒增强：基体承受载荷颗粒

5、增强：基体承受载荷 纤维增强：纤维承受载荷纤维增强：纤维承受载荷n复合：复合： 基体作用：粘结、保护纤维表面、传递载荷延缓基体作用：粘结、保护纤维表面、传递载荷延缓裂纹扩展。裂纹扩展。 增强体：高的强度和模量增强体：高的强度和模量 界面结合界面结合 增强纤维的尺寸、含量和分布情况增强纤维的尺寸、含量和分布情况 二者的物性匹配二者的物性匹配第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第二节 金属基复合材料Metal basedcompositesv 金属基复合材料成形工艺金属基复合材料成形工艺n固态法固态法 扩散粘结法扩散粘结法：在较长时间、较高温度和压力下，：在较长时间、较高温度和压力下

6、，通过固态焊接工艺，使同类或不同类金属在高温通过固态焊接工艺，使同类或不同类金属在高温下互扩散而粘结在一起。下互扩散而粘结在一起。 形变法形变法：利用金属具有塑性成形的特点，通过热：利用金属具有塑性成形的特点，通过热轧、热拉、热挤压等手段，使已复合好的颗粒、轧、热拉、热挤压等手段，使已复合好的颗粒、晶须、短纤维增强金属基复合材料进一步加工成晶须、短纤维增强金属基复合材料进一步加工成板材。板材。 粉末冶金法粉末冶金法：用于制备成形颗粒增强金属基复合：用于制备成形颗粒增强金属基复合材料的传统固态工艺方法。将金属基体粉末和增材料的传统固态工艺方法。将金属基体粉末和增强体粉末均匀混合后进行冷压得到半成

7、品，然后强体粉末均匀混合后进行冷压得到半成品，然后装入密封模具，升温至基体合金固相线附近，然装入密封模具，升温至基体合金固相线附近，然压或热等静压得到完全致密的复合材料。压或热等静压得到完全致密的复合材料。第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第二节 金属基复合材料Metal basedcompositesv 扩散粘结过程简图扩散粘结过程简图第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第二节 金属基复合材料Metal basedcompositesv 粉末冶金法成形工艺示意图粉末冶金法成形工艺示意图第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第二节 金属基复合材料Met

8、al basedcompositesv 金属基复合材料成形工艺金属基复合材料成形工艺n液态法液态法 液态金属浸润法液态金属浸润法：使金属基体呈熔融状态时与增：使金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，然后凝固成形。强材料浸润结合，然后凝固成形。 挤压铸造法挤压铸造法 真空压力浸渍法真空压力浸渍法 液态金属搅拌铸造法液态金属搅拌铸造法 共喷沉积法共喷沉积法：运用特殊的喷嘴，将：运用特殊的喷嘴，将液态液态金属基体金属基体通过惰性气体气流的作用通过惰性气体气流的作用雾化雾化成细小的液态金属成细小的液态金属流，将增强相颗粒加入到雾化的金属流中，与金流，将增强相颗粒加入到雾化的金属流中，与金属液滴混合在

9、一起并属液滴混合在一起并沉积沉积在衬底上，凝固形成金在衬底上，凝固形成金属基复合材料。属基复合材料。第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第三节 树脂基复合材料第十一章第十一章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺Resin basedcompositesv 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺n手糊成形：手糊成形：50以上玻璃钢制品以上玻璃钢制品n喷射成形：半机械手糊，形状、尺寸不受限制，大型喷射成形：半机械手糊，形状、尺寸不受限制，大型n袋压成形：成本高、不适合大尺寸制品袋压成形：成本高、不适合大尺寸制品n层压成形：只生产板材层压成形：只生产板材n模压成形：中小型玻璃钢

10、制品模压成形：中小型玻璃钢制品n拉挤成形：不同截面形状的管、棒拉挤成形：不同截面形状的管、棒n缠绕成形：仅适于圆柱体、球体等回转体，各向异性缠绕成形：仅适于圆柱体、球体等回转体，各向异性第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第三节 树脂基复合材料Resin basedcompositesv 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺n手糊成形：手糊成形：是指用手工或在机械辅助下将增强材料和是指用手工或在机械辅助下将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上，树脂固化形成复合材料的热固性树脂铺覆在模具上，树脂固化形成复合材料的一种成型方法一种成型方法第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的

11、成形工艺第三节 树脂基复合材料Resin basedcompositesv 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺n喷射成形：喷射成形：喷射成型工艺是利用喷枪将短纤维及树脂喷射成型工艺是利用喷枪将短纤维及树脂同时喷到模具上，压实固化成制件的工艺方法同时喷到模具上，压实固化成制件的工艺方法第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第三节 树脂基复合材料Resin basedcompositesv 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺n袋压成形：袋压成形：袋压成型工艺是在手糊成型的制品上，装袋压成型工艺是在手糊成型的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯、聚乙烯醇袋，将气体压力施加到上橡

12、胶袋或聚乙烯、聚乙烯醇袋，将气体压力施加到未固化的玻璃钢制品表面而使制品成型的工艺方法。未固化的玻璃钢制品表面而使制品成型的工艺方法。n层压成形：是把一定层数的浸胶布层压成形：是把一定层数的浸胶布( (纸纸) )叠在一起，送叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺工艺n模压成形：是指将模压料置于金属对模中，在一定的模压成形：是指将模压料置于金属对模中，在一定的温度下，加压固化为复合材料制品的一种成型工艺，温度下，加压固化为复合材料制品的一种成型工艺，是一种对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维增强是一种对热固性树脂和热塑性树脂都

13、适用的纤维增强复合材料的成型方法复合材料的成型方法第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第三节 树脂基复合材料Resin basedcompositesv 树脂基复合材料成形工艺树脂基复合材料成形工艺n缠绕成形：缠绕成形：将连续纤维或带浸渍树脂胶液后的纤维，将连续纤维或带浸渍树脂胶液后的纤维，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下按照一定的规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化，制成一定形状制品的工艺称为缠绕成型工艺。固化，制成一定形状制品的工艺称为缠绕成型工艺。n拉挤成形：拉挤成形：是将浸渍了树脂胶液的连续纤维，通过成是将浸渍了树脂胶液的连续纤维，通过成型模具，在模腔内

14、加热固化成型，在牵引机拉力作用型模具，在模腔内加热固化成型，在牵引机拉力作用下，连续拉拔出型材制品。下，连续拉拔出型材制品。第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第三节 树脂基复合材料Resin basedcompositesv 复合材料成形视频资料复合材料成形视频资料n轻型飞机的成形（混杂纤维复合材料）轻型飞机的成形（混杂纤维复合材料）n 宝马车架的成形（碳纤维复合材料）宝马车架的成形（碳纤维复合材料）第九章第九章 复合材料的成形工艺复合材料的成形工艺第四节 陶瓷基复合材料Ceramics basedcompositesv 陶瓷基复合材料成形工艺陶瓷基复合材料成形工艺n模压成形：形状简单、尺寸较小织品模压成形：形状简单、尺寸较小织品n等静压成形：坯体均匀密实、质量稳定、设备繁琐、等静压成形：坯体均匀密实、质量稳定、设备繁琐、生产效率低生产效率低n注浆成形：形状复杂、大