玻璃纤维复合材料

玻璃纤维复合材料GlassFiberCompositesns2018.111玻璃纤维复合材料简介3制备与成型工艺2玻璃纤维复合材料特点目录contact5发展历程与应用现状4基本构造形式6加工存在的问题7加工工艺研究现状8发展趋势与面临的问题01玻璃纤维复合材料简介01复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起．组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。玻璃纤维复合材料简介01玻璃纤维复合材料简介玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。01单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力．不能承受弯曲、剪切和压应力，还不做成固定的几何形状．是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，就可以做成各种具有固定形状的坚硬制品．既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。根据合成树脂的不同玻璃钢主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、聚酯玻璃钢。玻璃纤维短切丝玻璃纤维丝玻璃钢玻璃纤维复合材料简介02玻璃纤维增强材料特点(1)轻质高强玻璃纤维增强复合材料密度小，大约只有普通钢的1/4，比铝合金还轻1/3，但若按比强度计算，玻璃纤维增强复合材料强度超过普通钢，甚至超过个别特殊合金钢。优异的比强度、比模量，满足了特种车辆轻量化的要求。(2)各向异性，层间强度低、性能分散性大，材料的剪切强度低于拉伸强度。(3)电绝缘和导热性能：玻璃纤维增强复合材料是一种优秀的电绝缘材料，不受电磁作用，不反射无线电波。导热性差，线膨胀系数低，只有金属材料的1/1000一1/100，是优良的防护和耐烧蚀材料。02医疗器械生物技术玻璃纤维增强材料特点(4)耐热性能：玻璃纤维增强复合材料耐热性能优异，可以耐瞬时一高温，如玻璃纤维酚醛基复合材料能耐3800℃高温，但其长期耐高温性能较差，一般不超过100℃。(5)耐腐蚀性能：采用热固性树脂的玻璃纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，但对于硝酸、浓硫酸等这类含有氧化性介质的溶剂，复合材料基体树脂极易氧化，而且温度升高会加速腐蚀。(6)抗疲劳性能：金属材料的疲劳破坏是由里向外没有征兆突然发生的，而玻璃纤维增强复合材料中纤维和基体形成的界面可以有效阻止裂纹的扩展，破坏过程是渐进，往往发生在界面的薄弱处。02再生医学新材料玻璃纤维增强材料特点03玻璃纤维复合材料制备与成型工艺玻璃纤维一般由玻璃原料如纯碱、芒硝、石灰石等矿物原料进行生产,通过坩埚拉丝或池窖拉丝等生产工艺，制成玻璃纤维原丝后,再加工成玻璃纱、玻璃纤维、玻璃纤维毡等产品，然后再用合成树脂把它们粘合在一起，就制成了玻璃钢。玻璃钢是目前世界上产量最大、用途最广的复合材料。03制备与成型工艺03制备与成型工艺缠绕成型工艺是将浸渍树脂的连续纤维或布带缠绕到芯模上，固化脱模后得到复合材料的一种成型工艺。按树脂浸渍状态主要分为湿法缠绕和干法缠绕两种。缠绕成型工艺0102它先在模具上涂上一层脱脂剂，然后将含有固化剂的树脂混合物涂刷在模具上，再在其上铺上裁剪好的玻璃纤维编织物，通过增压使其充分浸润并排除气泡后，再涂刷树脂混合物，铺上第二层玻璃纤维编织物，重复上述过程直至达到设计要求为止，最后通过固化、脱模成型生产出复合材料制品。手糊成型工艺030304将树脂和短纤维的混合物放入到金属模具，闭模后加热、加压使其充满模腔，固化脱模后得到复合材料制品。模压成型是可兼适用于热固性树脂和热塑性树脂的成型方法。模压成型工艺将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或编织物，通过一定的工艺，在牵引装置的作用下连续定型固化，制成长度不限的复合材料成型方法。拉挤成型工艺制备与成型工艺04玻璃纤维增强复合材料基本构造形式(1)单层复合材料单层复合材料，或称单层板，结构如图2.1所示，单层复合材料中纤维按一个方向整齐排列或由正交双向编织排列，其中纤维方向称之为纵向，用“x”表示，垂直于纤维方向称之为横向，用“y”表示，沿复合材料层厚度方向用“z”表示，x，y，z轴称为复合材料的主轴。在单层复合材料中纤维和基体可能是各向同性材料，但由于纤维排列具有方向性，在各个方向上纤维含量并不相同，因此单层复合材料是各向异性、不均匀的材料。04基本构造形式（2）叠层复合材料

叠层复合材料，或称复合材料层合板，结构如下图所示，基本单元是单层板，依据一定的纤维方向和叠加次序铺放成层状结构，经加热固化处理而成。叠层复合材料(总坐标轴x一y方向)各层的纤维方向一般不同，叠层复合材料也是各向异性的不均匀材料，但其复杂程度远大于单层复合材料。04基本构造形式（3）短纤维复合材料短纤维复合材料增强相为短切纤维，不同于上面两种采用连续纤维构造形式的复合材料。短纤维复合材料一般分为两种，如图2.3所示，一种是短纤维随机取向复合材料，一般通过将短纤维与基体搅拌均匀模压而成;另一种是单向短纤维复合材料，短切纤维呈单向整齐排列。04基本构造形式05我国玻璃纤维复合材料发展历程与应用现状

中国的玻璃钢工业始于1958年，已经历了50余年的发展历程，从业人员从最初的7人研究小组发展到现在的超过25万人，产品应用领域已从最初的航天耐烧蚀防热部件发展到现在的建筑业、化工、交通运输与能源、机械与电器、电子工业、医疗、体育与娱乐、航空航天、食品工业和国防军工等领域。

05发展历程与应用现状06玻璃纤维复合材料加工存在的问题（1）刀具磨损快，寿命低。玻璃纤维材料含硅、铝等元素，易形成二氧化硅和三氧化二铝等高硬度、难切削的物质，由于摩擦(钻头、孔壁和切屑三者之间相互摩擦)的存在，这些物质不断变碎，排屑比较困难，未排出的切屑在孔内变成研磨料，研磨刀具表面，致使刀具急剧磨损;切削加工时产生的切削热随刀具、切屑、空气传散出去的很少，致使切削区域温度升高，而且大多集中在刃口部位，在这样的条件下进行切削加工，刀具刃口更容易被磨钝，如图1.2，失去了正常的切削性能刀具刃口更容易被磨钝。06加工存在的问题（2）加工质量差。刀具的几何参数、刀具材料、切削工艺参数、操作方式、冷却方式等都会影响纤维增强复合材料的加工精度。除孔尺寸误差、圆度误差、位置误差等几何缺陷外，孔壁周围经常出现材料抽丝、毛边、分层、撕裂、裂纹等加工缺陷，如图1.3，尤其是在孔的进口和出口处，由于没有外层材料的约束，纤维增强复合材料的最外侧(顶面层和底面层)材料刚度弱，抵抗变形能力差，在切削力和切削热的共同作用下，很容易发生由于变形和退让形成的孔口撕裂及分层现象;孔径收缩也很严重，甚至会卡住、咬死钻头，使得刀具无法退出己加工孔，破坏了孔的加工表面，深孔钻削时尤为严重:这些特有缺陷是GFRI钻孔技术研究的重点。06加工存在的问题(3)粉尘污染严重，玻璃纤维增强复合材料切削形成的粉尘是以一种不均匀、无规则运动状态而存在的，具有一定的附着能力，无论是在机床上、工件表面上、操作者身上，还是除尘装置中，都可以看见一层附着物，对皮肤有一定的刺激性，有刺痒的感觉，如图1.4所示。吸入大量粉尘还对呼吸系统造成损害，严重时可能会得矽肺，让人丧失劳动能力。因此，在复合材料进行加工过程中一定要采取有效的除尘防护措施，避免粉尘污染环境和操作间的空气。

06加工存在的问题07玻璃纤维复合材料加工工艺研究现状07烧蚀的解决方案生产实践和研究发现，采用以下措施可以有效降低切削热:选取热导率大的刀具材料，如硬质合金、人造金刚石、立方氮化硼等;增大刀具的前角和后角，保证刀刃绝对锋利，较小摩擦;可适当增加刀尖刃口圆弧半径，改善散热条件和刀刃强度，降低切削温度;减小切削速度，降低进给量和切削深度;增加冷却设施和除尘设备;降低刀具的表面粗糙度，减小摩擦等。加工工艺研究现状郑州大学张秀丽等对高硅氧玻璃纤维复合材料进行了铣削加工试验，考察了铣削参数和加工表面分层破坏之间的关系。大连理工的杨东军等采用多种刀具对高硅氧玻璃纤维复合材料进行了车削加工试验，认为立方氮化硼是最佳的刀具材料。21307南京理工大学宋中权等利用TIN涂层的S刃麻花钻对GFRP进行了孔加工试验，表明与普通麻花钻相比，S刃钻尖可有效减小钻削轴向力和孔分层缺陷，并且对分层机理进行了理论研究，介绍了分层检测的方法和评价指标，提出了分层等缺陷的抑制方法。南京理工大学程寓等通过施加预应力F来改善其切割加工性。上海航天精密研究所得吴志娟利用具有合理刀具几何参数的聚晶金刚石刀具，采用以磨代钻、以磨代铣等工艺对GFRP壳体进行了加工，解决了玻璃纤维的分层和撕裂问题。多刃尖麻花钻加工工艺研究现状08玻璃纤维增强复合材料发展趋势与面临的问题0102玻璃钢的应用范围不断开拓玻璃钢先进性能不断提高，玻璃纤维增强材料也具有弹性模量低、长期耐温性差、易老化等缺点阻碍了应用的发展。所以以后的研究中着力改善其性能中不足的地方。08发展趋势发展趋势与面临的问题080102由材料性能的提高带来的材料的难加工性与刀具的磨损，成本的提高玻璃钢的再利用问题，美国、日本有关厂家已对热固性玻璃钢的废料提出了两种不同的处理方法，如美国的机械粉碎法，将玻璃钢废料经速冻、粉碎、磨粉，将所得细粉做填料使用。中国玻璃钢的回收利用技术尚处于起步阶段。面临的问题发展趋势与面临的问题谢谢聆听Thanksforlistening06参考文献Referenc