第7章 复合材料成形ppt课件

1、2021-12-221第第7 7章章 复合资料成形复合资料成形 复合资料复合资料: :两种或两种以上不同性质的物质组合在一同的新资料两种或两种以上不同性质的物质组合在一同的新资料7.1 7.1 复合资料成形根底复合资料成形根底 复合是一种包括物理、化学、力学，甚至生物学相互复合是一种包括物理、化学、力学，甚至生物学相互作用的复杂过程。作用的复杂过程。 7.1.1 影响复合资料性能的要素影响复合资料性能的要素 基体资料性能、加强体特征、组成物比例、界面性质、基体资料性能、加强体特征、组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参数成形方法和工艺参数 组组成成物物基体资料：构成几何外形并起粘接作用，如：基

2、体资料：构成几何外形并起粘接作用，如：金金 属、树脂、陶瓷属、树脂、陶瓷加强资料：接受载荷，提高强度或韧性，如：加强资料：接受载荷，提高强度或韧性，如：一维一维 的纤维、二维的片材、三维的颗的纤维、二维的片材、三维的颗粒粒2021-12-222基体资料性能：强度、弹性模量、化学稳定性基体资料性能：强度、弹性模量、化学稳定性 加强体特征：类型、粗细、强度和弹性模量加强体特征：类型、粗细、强度和弹性模量 加强纤维越细，复合资料的强度越高，刚加强纤维越细，复合资料的强度越高，刚 度越大；加强体颗粒细些，加强效果就会度越大；加强体颗粒细些，加强效果就会 好些，颗粒直径好些，颗粒直径0.010.1mm效

3、果最好。效果最好。 组成物比例及分布等：组成物比例及分布等： 加强体的含量、陈列方式和方向加强体的含量、陈列方式和方向 以及和基体间的界面粘结情况，以及和基体间的界面粘结情况， 应进展适当控制。应进展适当控制。成形方法和工艺参数：不同的复合资料应选择适宜成形方法和工艺参数：不同的复合资料应选择适宜 的成形方法和工艺参数压力、固化温度的成形方法和工艺参数压力、固化温度2021-12-2237.1.2 复合资料的复合原那么复合资料的复合原那么 为获得最正确的强度、刚度和韧性，纤维加强复合资为获得最正确的强度、刚度和韧性，纤维加强复合资料的消费应遵照下述原那么：料的消费应遵照下述原那么： 1 1纤维

4、的性能：高强度和高刚度。有时还要求纤维纤维的性能：高强度和高刚度。有时还要求纤维 的密度小，耐热性好。运用较多的纤维有玻璃纤的密度小，耐热性好。运用较多的纤维有玻璃纤 维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等 2对纤维应有一定的粘结性能，并能维护纤维外表不对纤维应有一定的粘结性能，并能维护纤维外表不 受损伤。受损伤。2 2基体的性能基体的性能1 1一定的塑性和韧性，以防纤维断裂时裂纹扩展。一定的塑性和韧性，以防纤维断裂时裂纹扩展。v 聚合物和金属能较好地满足上述要求聚合物和金属能较好地满足上述要求2021-12-2243 3纤维与基体间纤维与基体间应有适宜的结合强应有适宜的

5、结合强度，以利于载荷由度，以利于载荷由基体向纤维传送，基体向纤维传送，充分发扬纤维的加充分发扬纤维的加强作用强作用4 4纤维必需有合理的含量、尺寸和分布纤维必需有合理的含量、尺寸和分布(1) (1) 含量：纤维的体积容量越大，加强效果越好。含量：纤维的体积容量越大，加强效果越好。 (2) (2) 尺寸：纤维的直径越小、越长，加强效果越好。尺寸：纤维的直径越小、越长，加强效果越好。 (3) (3) 分布：纤维的陈列可采用不同方向交叉层叠方式，分布：纤维的陈列可采用不同方向交叉层叠方式， 以到达多方向的加强效果。以到达多方向的加强效果。2021-12-2251 1资料制备与制品成形同时完成资料制备

6、与制品成形同时完成 外形复杂的大型制品能一次整体成形，工艺简单、消费外形复杂的大型制品能一次整体成形，工艺简单、消费周期短、本钱低。减少甚至取消了接头，应力集中小、制质周期短、本钱低。减少甚至取消了接头，应力集中小、制质量量轻、刚度和耐疲劳性高。量量轻、刚度和耐疲劳性高。2 2资料性能的可设计性资料性能的可设计性 基体资料和加强资料及其适宜的比例基体资料和加强资料及其适宜的比例 合理的陈列方向和层数合理的陈列方向和层数 适宜的复合工艺和参数适宜的复合工艺和参数制品构造合理、平安可靠、经济性好制品构造合理、平安可靠、经济性好7.1.3 复合资料成形的工艺特点复合资料成形的工艺特点成形过程：原资料

7、制取、消费预备、制品成形、固化、脱成形过程：原资料制取、消费预备、制品成形、固化、脱模和修整、检验模和修整、检验7.2 7.2 复合资料成形方法复合资料成形方法2021-12-2267.2.1 树脂基复合资料的成形方法树脂基复合资料的成形方法树脂基复合资料是以树脂为基体、纤维为加强体复合树脂基复合资料是以树脂为基体、纤维为加强体复合而成的。而成的。 1 1手糊法手糊法 脱模剂脱模剂外表胶外表胶加强资料加强资料刷树脂刷树脂至所需层数至所需层数固固化化脱模脱模修整和检验修整和检验 特点：特点： 设备简单，不受制品尺寸设备简单，不受制品尺寸限制，劳动条件差，制质量量不稳限制，劳动条件差，制质量量不稳

8、定、强度较低。定、强度较低。 适用于大型制品的小批量、多种适用于大型制品的小批量、多种类消费。类消费。运用：船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、风机叶片运用：船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、风机叶片 最早、目前仍广泛运用最早、目前仍广泛运用1-1-模具模具 2-2-脱模剂脱模剂 3-3-胶层胶层 4-4-玻璃纤维玻璃纤维5-5-手动压辊手动压辊 6-6-树脂树脂 2021-12-2272放射法放射法 将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固化得到制品。化得到制品。 通常放射速

9、率为通常放射速率为210kg/min。 优点：放射法成形为半优点：放射法成形为半机械化操作，消费率高；机械化操作，消费率高；制品的飞边少，无搭缝；制品的飞边少，无搭缝；整体性好。整体性好。 缺陷：树脂含量高；制缺陷：树脂含量高；制品强度低；且操作现场粉品强度低；且操作现场粉尘大；任务环境差。尘大；任务环境差。 11模具模具 2 2、55喷嘴喷嘴 33纤维纤维44切割器切割器 66手动压辊手动压辊 77制品制品 2021-12-2283 3袋压法袋压法 将手糊法成形的制品或预浸料预浸树脂的纤维或织物将手糊法成形的制品或预浸料预浸树脂的纤维或织物放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑料袋，将气体压力

10、放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑料袋，将气体压力施加到尚未固化的制品外表使其成形的工艺方法。施加到尚未固化的制品外表使其成形的工艺方法。 制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、顺应制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、顺应的树脂类型广且制品的外形可较复杂。本钱较高，制的树脂类型广且制品的外形可较复杂。本钱较高，制品尺寸受设备的限制。品尺寸受设备的限制。 (1) (1) 真空袋压法真空袋压法11真空泵真空泵 2 2、88坯件坯件 33柔性膜柔性膜 4 4、55模具模具 66压力袋压力袋 77空气紧缩机空气紧缩机 (2) (2) 压力袋压法压力袋压法 2021-12-2294 4缠绕法缠绕

11、法 将延续纤维或布带浸渍树脂后，按照一定规律将延续纤维或布带浸渍树脂后，按照一定规律缠绕到芯模上，经过固化、脱模而得到制品的方缠绕到芯模上，经过固化、脱模而得到制品的方法。法。用于：缠绕圆柱体、球体等回转体制品，如压力罐、筒、用于：缠绕圆柱体、球体等回转体制品，如压力罐、筒、 贮罐和火箭发动机壳体贮罐和火箭发动机壳体 特点：制品比强度大、特点：制品比强度大、精度高、质量好且易实精度高、质量好且易实现自动化消费。但制品现自动化消费。但制品轴向难以加强，设备投轴向难以加强，设备投资较大。资较大。1-1-芯模芯模 2-2-树脂树脂 3-3-辊轮辊轮 4-4-纤维纤维2021-12-22105 5模压

12、法模压法 将已枯燥的浸胶纤维或织物等放入金属模具将已枯燥的浸胶纤维或织物等放入金属模具内，经过加热、加压使树脂塑化和熔融流动成形，经内，经过加热、加压使树脂塑化和熔融流动成形，经固化获得制品。固化获得制品。 7.2.2 金属基复合资料的成形方法金属基复合资料的成形方法 以金属为基体，用纤维、颗粒等作为加强体以金属为基体，用纤维、颗粒等作为加强体特点：模压法制品尺寸准确、外表光滑、力学性能高。特点：模压法制品尺寸准确、外表光滑、力学性能高。 运用：模压法工艺简便、运用广泛，常用于制造船体、运用：模压法工艺简便、运用广泛，常用于制造船体、 罩壳罩壳 和汽车车身等制品。和汽车车身等制品。2021-1

13、2-22111 1等离子喷涂法等离子喷涂法 在惰性气体维护下，由等离子弧向陈列整齐的纤维放射在惰性气体维护下，由等离子弧向陈列整齐的纤维放射熔融金属，待其冷却凝固后构成复合资料的方法。熔融金属，待其冷却凝固后构成复合资料的方法。 特点：界面结合严密，成形过程中纤维特点：界面结合严密，成形过程中纤维不受损伤，但基体组织不够致密。不受损伤，但基体组织不够致密。 2 2液态浸透法液态浸透法 以金属液渗入加强体制以金属液渗入加强体制成复合资料的方法，可以成复合资料的方法，可以经过多种铸造方法来实现经过多种铸造方法来实现 用于制造长、短纤维加用于制造长、短纤维加强以及混杂加强的金属基复强以及混杂加强的金

14、属基复合资料，并能制造外形复杂合资料，并能制造外形复杂的制品。的制品。 设备比较复杂，周期较设备比较复杂，周期较长，制造大尺寸制品困难。长，制造大尺寸制品困难。 真空压力铸造法原理真空压力铸造法原理11加热元件加热元件 22铸模铸模 33纤维预制件纤维预制件 44冷却块冷却块 55熔融金属熔融金属2021-12-22123 3热压分散结合法热压分散结合法 高温下，对排布好的纤维和金属基体施加静压力，使高温下，对排布好的纤维和金属基体施加静压力，使纤维和金属产生原子分散和少量塑性变形以完成粘接纤维和金属产生原子分散和少量塑性变形以完成粘接 加热温度低、纤维不易损伤，金属对纤维的润湿性和加热温度低

15、、纤维不易损伤，金属对纤维的润湿性和纤维的取向性好，但消费周期长。纤维的取向性好，但消费周期长。 是钛基、镍基等熔点较高的金属最主要的复合方法是钛基、镍基等熔点较高的金属最主要的复合方法 用于制造板材、型材及外形复杂的壁板、叶片等。用于制造板材、型材及外形复杂的壁板、叶片等。a a纤维与金属箔复合纤维与金属箔复合 b b有金属镀层的纤维复合有金属镀层的纤维复合1 1、33纤维纤维 22金属箔金属箔 44金属镀层金属镀层 2021-12-22137.2.3 陶瓷基复合资料的成形方法陶瓷基复合资料的成形方法 陶瓷基复合资料是以陶瓷为基体，采用纤维、陶瓷基复合资料是以陶瓷为基体，采用纤维、颗粒等作为

16、加强体经复合而成的。颗粒等作为加强体经复合而成的。1 1粉浆浸渗法粉浆浸渗法 将纤维加强体编织成所需外形，用陶瓷浆料浸渗，将纤维加强体编织成所需外形，用陶瓷浆料浸渗，枯燥后进展烧结。枯燥后进展烧结。 不损伤加强体，无需模具且工艺简单，但制品的密度和不损伤加强体，无需模具且工艺简单，但制品的密度和力学性能不够高。力学性能不够高。2 2热压烧结法热压烧结法 将纤维或织物加强体用陶瓷浆料浸渍后组成一定将纤维或织物加强体用陶瓷浆料浸渍后组成一定构造的坯体，经枯燥后在高温、高压下烧结成制品。构造的坯体，经枯燥后在高温、高压下烧结成制品。 制品的密度和力学性能均较高。制品的密度和力学性能均较高。2021-

17、12-22143 3反响烧结法反响烧结法 使已与加强资料混合的熔融金属直接氧使已与加强资料混合的熔融金属直接氧化或氮化制成复合资料。反响产物最初在金属化或氮化制成复合资料。反响产物最初在金属与气相界面构成，然后不断向金属内部扩展，与气相界面构成，然后不断向金属内部扩展，直至构成相互贯穿的呈三维网络的陶瓷基复合直至构成相互贯穿的呈三维网络的陶瓷基复合资料。资料。 本钱较低、工艺简单；制品收缩很小、外本钱较低、工艺简单；制品收缩很小、外形和尺寸不限；常温性能好。但制品的高温强形和尺寸不限；常温性能好。但制品的高温强度不高。度不高。2021-12-22157.3 7.3 复合资料制品的构造工艺性复合

18、资料制品的构造工艺性 1 1纤维的分布应满足承载要求纤维的分布应满足承载要求 采用短切纤维或采用延续长纤维在几个方向上交叉铺设，采用短切纤维或采用延续长纤维在几个方向上交叉铺设，以使制品近似获得各向同性。以使制品近似获得各向同性。 为提高板、壳面内的抗剪才干，通常纤维的纵向应与为提高板、壳面内的抗剪才干，通常纤维的纵向应与板、壳的框、肋成板、壳的框、肋成4545角。角。 2 2构件弯折处应采用圆角过渡构件弯折处应采用圆角过渡 防止弯折处应力集中和弯折处树脂聚积或缺胶使防止弯折处应力集中和弯折处树脂聚积或缺胶使 强度降低景象强度降低景象3 3尽量采用整体构造尽量采用整体构造 利于简化制品构造、减

19、少衔接件数量和简化消费工艺，利于简化制品构造、减少衔接件数量和简化消费工艺，有利于减轻制质量量、降低本钱和提高制品的运用性能。有利于减轻制质量量、降低本钱和提高制品的运用性能。 4 4采用刚性较好的构造采用刚性较好的构造 提高构件的承载才干和尺寸稳定性。提高构件的承载才干和尺寸稳定性。2021-12-22167.4 复合资料制备与成形技术的开展趋势复合资料制备与成形技术的开展趋势 7.4.1 复合资料的智能化消费技术复合资料的智能化消费技术 在同一过程中进展资料设计和制造出零部件或器件。对在同一过程中进展资料设计和制造出零部件或器件。对资料的组织性能和制品的外形尺寸等进展实时控制，大大资料的组织性能和制品的外形尺寸等进展实时控制，大大提高了制质量量的可靠性和稳定性，缩短了消费或研制周提高了制质量量的可靠性和稳定性，缩短了消费或研制周期期 7.4.2 创新与承继相结合创新与承继相结合 承继和汲取金属资料和高分子资料成形技术的精华，并承继和汲取金属资料