复合材料发展概况

1、复合材料工艺学材料科学与工程学院曹笃霞 课件刘雄亚刘雄亚 谢怀勤谢怀勤 主编主编武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社复合材料工艺及设备 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 课件主要内容主要内容主要内容主要内容1 绪论绪论2 手糊成型工艺手糊成型工艺3 夹层结构成型工艺夹层结构成型工艺4 模压成型工艺模压成型工艺5 模压成型模具模压成型模具6 层压工艺层压工艺7 缠绕成型工艺缠绕成型工艺 课件主要内容主要内容

2、主要内容主要内容8 其他成型工艺其他成型工艺9 热塑性复合材料及其工艺理论基础热塑性复合材料及其工艺理论基础10 挤出成型工艺挤出成型工艺11 注射成型工艺注射成型工艺12 热塑性片状模塑料及其制品冲压成型工艺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金属基复合材料成型工艺 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况 1.2 复合材料的基本性能复合材料的基本性能 1.3 复合材料的成型工艺复合材料的成型工艺 1.4 选择成型工艺方法的原则选择成型工艺方法的原则1. 绪论绪论第一章 绪论 课件1.1 复合材料发

3、展概况复合材料发展概况1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况说明：复合材料说明：复合材料(Composite Material，简称，简称CM) 第一章 绪论一、一、CM的定义的定义广义的定义广义的定义CM是指由是指由两种或两种两种或两种以上的不同材以上的不同材料，通过一定的料，通过一定的工艺工艺复合而成的，性复合而成的，性能能优于优于原原单一材料的单一材料的多相固体材料多相固体材料。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论注意：注意：所研究的所研究的CM与化合材料、混合材料的区别与化合材料、混合材料的区别多相体系多相体系和和复合效果复合效果是复合材料区别于传是复合材料区别

4、于传统统“混合材料混合材料”和和“化合材料化合材料”的两大特的两大特征征CM = = 增强材料增强材料 基体材料基体材料由此可以得出由此可以得出狭义定义：狭义定义： (通常研究的内容通常研究的内容) 用纤维增强树脂、金属、无机非金属材用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。料所得的多相固体材料。 课件1.1 复合材料发展概况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。

5、材料的品种和性能的千变万化。复合材料的分类：复合材料的分类：基体材料基体材料树脂基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料、石膏基陶瓷基复合材料、石膏基复合材料、水泥基复合材复合材料、水泥基复合材料、氯氧镁基复合材料料、氯氧镁基复合材料 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料复合材料根据增强原理根据增强原理弥散增强型弥散增强型粒子增强型粒子增强型纤维增强型纤维增强型复合过程的性质复合过程的性质化学复合的复合材料化学复合的复合材料物理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自然复

6、合的复合材料根据复材的功能根据复材的功能电功能复合材料电功能复合材料热功能复合材料热功能复合材料光功能复合材料光功能复合材料粒子直径：粒子直径：150m，体积分数体积分数20% 粒子直径：粒子直径：0.010.1m，粒子体积分数：粒子体积分数：1%5%; 根据使用目的根据使用目的结构复合材料结构复合材料功能复合材料功能复合材料 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材复合材料料增强纤维的类型增强纤维的类型碳纤维复合材料碳纤维复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料有机纤维复合材料有机纤维复合材料增强物的外形增强物的外形连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料纤维织物或片状

7、纤维纤维织物或片状纤维短纤维增强短纤维增强硼纤维复合材料硼纤维复合材料混杂纤维复合材料混杂纤维复合材料粒状填料粒状填料化学组成化学组成同质复合同质复合异质复合异质复合 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论二、二、CM的发展历程的发展历程概况概况1、 国外复合材料的发展国外复合材料的发展 二十世纪二十世纪40年代，在美国首先出现了手糊工艺年代，在美国首先出现了手糊工艺(雷达雷达罩、飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼罩、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。拉挤成型

8、工艺、透明玻璃钢。 70年代，树脂反应注射模塑年代，树脂反应注射模塑(RIM)及增强反应注射模及增强反应注射模塑塑 (RRIM) 研究成功，热塑性片状模塑料研究成功，热塑性片状模塑料 80年代，离心浇铸工艺年代，离心浇铸工艺利用高压冲击，混合两种单体物利用高压冲击，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，应温度，又控制物料的注射率，在模具内直接成型制品。在模具内直接成型制品。 不含增不含增强材料与填料。强材料与填料。物料里含物料里含有增强材有增强材料或填料料或填料 将树脂、玻纤和填料将树脂、玻纤和填料按一定比例加入到旋转的按一定比例加入

9、到旋转的模具内，依靠高速旋转产模具内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料在模生的离心力，使物料在模内挤压密实，固化成型。内挤压密实，固化成型。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论 进入进入20世纪世纪70年代，开发了一批如碳纤维、碳年代，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，增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料制成先进复合材料(Advanced Composite Materials, 简称简称ACM)，是用于飞机、火箭、卫星、飞船

10、等航，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。空航天飞行器的理想材料。 课件1.1 复合材料发展概况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美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里里尔芳尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结，它以结构小巧重量轻而称奇于世。构小巧重量轻而称奇于世。采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机。在波音在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承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，

11、还提高了飞机的各种力结构，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。飞行性能。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论2007年年6月月8日，日，“阿特兰蒂斯阿特兰蒂斯”号号航天飞机在位于美航天飞机在位于美国佛罗里达州卡纳国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空，航天中心发射升空，飞往国际空间站。飞往国际空间站。 课件1.1 复合材料发展概况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。中发挥重要作用。(1) 建筑工业建筑工业中，广泛用于各种轻型结构房屋、建筑

12、装中，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。饰及雕塑、卫生洁具、门及窗构件、地面等。(2) 化学工业化学工业中，主要用于各种防腐蚀管、罐、泵、阀中，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。门、贮槽及各种防腐设备的衬里。(3) 交通运输交通运输方面，汽车制造工业中，主要用于各种车方面，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、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。车门窗、水箱及各种通讯线路器材等。(4) 造船工业造船工业中，用于生产各种工作艇、渔船、潜水艇、中，

13、用于生产各种工作艇、渔船、潜水艇、救生艇等救生艇等 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论(5) 体育用品体育用品中各种体育器材。如球拍、滑板、赛艇、皮艇、中各种体育器材。如球拍、滑板、赛艇、皮艇、划桨等。划桨等。(6) 在在军械及航空工业军械及航空工业中，用于生产子弹、弹壳、火炮护罩、中，用于生产子弹、弹壳、火炮护罩、雷达罩、机翼、直升机旗翼等。雷达罩、机翼、直升机旗翼等。(7) 在在电器工业电器工业中，用于生产层压板、路灯灯具、带电操作中，用于生产层压板、路灯灯具、带电操作工具等。工具等。(8) 在在机械制造工业机械制造工业中，玻璃钢叶片、风机、泵、齿轮等。中，玻璃钢叶片

14、、风机、泵、齿轮等。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料用于建筑构复合材料用于建筑构件件复合材料用于城市雕塑复合材料用于城市雕塑 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料用于家用设备复合材料用于家用设备玻璃钢花盆玻璃钢花盆 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论玻璃钢管道玻璃钢管道储存罐储存罐 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料应用于汽车配件复合材料应用于汽车配件 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料应用于电路板复合材料应用于电路板 课件1.1 复合材料发展概况复合

15、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体育器材复合材料应用于商用飞机复合材料应用于商用飞机 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料应用于风力发电复合材料应用于风力发电 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论格栅格栅格栅是采用高强度玻璃纤维格栅是采用高强度玻璃纤维长丝做增强材料，以不饱和长丝做增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体，经特殊加聚酯树脂为基体，经特殊加工复合成型的玻璃钢结构材工复合成型的玻璃钢结构材料。料。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论具有良好的耐腐蚀性；具有良好的耐腐蚀性；轻质、高强、且便于切割

16、、安装。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纵向栅条和横向栅条上绝缘、绝燃、无磁性。绝缘、绝燃、无磁性。可设计性强，尺寸灵活多样，尺寸稳定。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。外形美观，使用周期长，勿需维护，安装方便。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论应用场所：应用场所： 化工行业、造纸业、发化工行业、造纸业、发电厂、污水处理厂、食品加电厂、污水处理厂、食品加工厂、冶炼厂、矿山、盐场、工厂、冶炼厂、矿山、盐场、核电站、蓄电池厂

17、等等。核电站、蓄电池厂等等。 可用做为：可用做为： 人行走道、桥板、人行走道、桥板、工业地坪、操作平台、地沟工业地坪、操作平台、地沟盖板、托盘、护栏、围栏、盖板、托盘、护栏、围栏、货架、隔离带、绿地走道、货架、隔离带、绿地走道、楼板踏步等。楼板踏步等。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论2. 我国复合材料发展概况我国复合材料发展概况F1958年年 手糊手糊F1962年年 喷射成型及蜂窝成型喷射成型及蜂窝成型F1972年年 武工大、华东化工、哈建工成立专业武工大、华东化工、哈建工成立专业F1975年年 玻璃钢学会玻璃钢学会 玻璃钢玻璃钢/ /复合材料复合材料 F1980年年

18、 复合材料学会复合材料学会 复合材料学报（北航）复合材料学报（北航） 课件1.1 复合材料发展概况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、民用品。主要用于建筑、化工、轻工、交通、造船等工业。造船等工业。 作业：作业： 1、复复合材料广义的定义是什么？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？、按照基体不同复合材料怎么分类？ 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料创新复合材料创新聚丙烯腈基纤维发展聚丙烯腈基纤维发展 玻璃纤维结构调整玻璃纤维结构调整 开

19、发能源、交通用复合材料市场开发能源、交通用复合材料市场纤维复合材料基础设施应用纤维复合材料基础设施应用 复合材料综合处理与再生复合材料综合处理与再生 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复复合合材材料料创创新新包括复合材料的技术发展、复合材料的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。展创新和产品应用发展创新。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况

20、第一章 绪论聚聚丙丙烯烯腈腈基基纤纤维维发发展展 我国碳纤维工业发展缓慢，从我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国展过程、中国PAN基基CF市场概况、市场概况、特点、特点、“十五十五”科技攻关情况看，发科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论玻璃纤维结构调整玻璃纤维结构调整 改进和发展纱类、机织物、无改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切

21、合作，促进玻璃纤维增强密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。材料的新发展。 课件1.1 复合材料发展概况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；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；汽车、城市轨道交通用复合材料； 民航客机用复合材料；民航客机用复合材料； 船艇用复合材料。船艇用复合材料。 课件1.1 复合材料发展概况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

22、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。程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。 课件1.1 复合材料发展概况复合材料发展概况第一章 绪论复合材料综合处理与再生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，再生利用合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的

23、应用、在拉挤制品中的应用以及在在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制模压制品中的应用和典型产品中的应用。品中的应用和典型产品中的应用。 课件1.2 CM的基本性能的基本性能第一章 绪论1.2 CM的基本性能的基本性能 1.2.1 CM的基本性能主要取决于的基本性能主要取决于3个方面：个方面： 1 、增强材料的性能、含量及分布情况、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、基体材料的性能及含量 3 、界面的结合情况、界面的结合情况 课件1.2 CM的基本性能的基本性能第一章 绪论1.2.2 CM的主要性能特点的主要性能特点1、轻质高强、轻质高强 CM最突出、重要的特点。用

24、比强度最突出、重要的特点。用比强度(强度强度/密密度度)，比弹性模量，比弹性模量(弹性模量弹性模量/密度密度)定量描述。定量描述。材料名称材料名称比强度比强度比模量比模量钢钢0.130.27铝铝0.170.26玻纤玻纤/聚酯聚酯CM0.530.21碳纤碳纤/环氧环氧CM1.030.21 课件1.2 CM的基本性能的基本性能第一章 绪论2、可设计性好、可设计性好 复合材料区别于传统材料的根本特点之一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需制品对力学及其它性能的要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。求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。

25、具体体现在两个方面具体体现在两个方面力学设计力学设计给制品一定的给制品一定的强度和刚度强度和刚度功能设计功能设计给给制品除力学性能制品除力学性能外的其他性能外的其他性能 课件1.2 CM的基本性能的基本性能第一章 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。种多样，成型条件机动灵活。3、工艺性能好、工艺性能好玻璃纤维增强树脂基复合材料特性：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。疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。导热系数小，是金属材料导热系数小，是金属材料1/1001/1000；特殊类型；特殊类型的玻璃钢可耐瞬时高温。的玻璃钢可耐瞬时高温。可以耐酸、碱、盐的腐蚀、海可以耐酸、碱、盐的腐蚀、海水、微生物腐蚀，适合于制作水、微生物腐蚀，适合于制作化工管道、储罐、船舶等。化工管道、储罐、船舶等。a、电绝缘性能好，不、电绝缘性能好，不受电磁作用；受电磁作用；b、微波穿透性好；、微波穿透性好；c、可制作成不带静电的、可制作成不带静电的制品。制品。 课件第一章 绪论作业：作业：1 1、复合材料性能的主要决定因素有哪些？、复合材料性能的主要决定因素有哪些？ 2