第四章4.3复合材料加工原理--纤维增强复合材料的制备工艺.ppt

1、,第四章 复合材料加工原理4.3 纤维增强复合材料的制备工艺,1.手糊工艺法 先在模具上涂刷一层含有固化剂的树脂，再在其上铺贴一层剪裁好的纤维织物，平整并排除气泡后，再涂刷一层树脂和铺贴第二层织物，反复以上过程直到达到所要求的厚度,固化后得到复合材料。,4.3.1 纤维增强聚合物基复合材料的制备方法,手糊工艺法采用的树脂是热固性树脂：环氧树脂、不饱和树脂。,主要用于制作船体、汽车壳体、贮罐、大口径工件、飞机蒙皮等。,2.喷射成型法 喷射成型的基本原理是利用高压空气将含有固化剂、引发剂的树脂和短纤维从喷枪的不同喷嘴中同时喷出，沉积在模具表面，用滚筒压实，除去空气，使树脂浸透纤维，固化后得到复合材

2、料。,4.3.1 纤维增强聚合物基复合材料的制备方法,可以制作大篷车车身、船体、广告模型、建筑构件、容器、安全帽等。 特点：生产效率高。,3.连续纤维缠绕技术 连续纤维缠绕技术是将纤维浸渍树脂后缠绕在芯模上，达到要求厚度后，在室温或加热箱固化、脱模，得到复合材料。,4.3.1 纤维增强聚合物基复合材料的制备方法,主要用于制作中空容器，如火箭发动机壳体、压力容器、大型贮罐、各种管材等。,3.模压成型法 模压工艺是将预浸料或预混料先做成制品的形状，然后放入模具中压制(通常为热压)成制品。这一工艺适合尺寸精度要求高、需要量大的制品生产。,4.3.1 纤维增强聚合物基复合材料的制备方法,3.模压成型法

3、 模压成型工艺的主要优点： 生产效率高，便于实现专业化和自动化生产； 产品尺寸精度高，重复性好； 表面光洁，无需二次修饰； 能一次成型结构复杂的制品； 因为批量生产，价格相对低廉。 模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。 随着金属加工技术、压机制造水平的发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。,4.3.1 纤维增强聚合物基复合材料的制备方法,1.粉末冶金法 2.固态扩散法 将固态的纤维与金属适当的组合，在加压、加热条件下互相扩散结合形成复合材料的方法，是连

4、续纤维增强金属基复合材料最具有代表性的一种常用的固相复合工艺。 具体工艺过程为：按照制件形状、纤维体积密度及增强方向的要求，将金属基复合材料预制条带经剪裁、铺设、叠层、组装，在低于复合材料基体金属熔点的温度下加压并保持一定时间，基体金属产生蠕变与扩散，使纤维与基体间形成良好的界面结合，得到复合材料制件。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,扩散结合示意图,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,2.固态扩散法,Chapter 10,山东大学材料学院李丽编写,9,2.固态扩散法,2.固态扩散法,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,Chapter 10,山东大学材料学院李

5、丽编写,10,2.固态扩散法,2.固态扩散法,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,固态扩散法常用的方法有热压法和热等静压法。 热压法是把预成形层合体在真空或惰性气体中加热、加压而复合的方法。最适于制备复合板材。,该方法是制备简单形状复合制品的一种方法。缺点是：纤维堆叠需要手工操作，成本高。,3.液态金属浸渍法 液态金属浸渍法是通过纤维或纤维预制件浸渍熔融态金属而制成金属基复合材料的方法。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,熔浸方法有两种，一种是在上部真空炉中熔化金属后，浇入下部放有预成形体的型中进行熔浸；另一种是将真空熔化的金属浇入放有顶成形体的型内后，用压缩空气或惰性气

6、体加压实现强制熔浸，叫加压熔浸。,4.高压挤铸法 将纤维与粘结剂制成的预制件放在模具中加热到一定温度，再将熔融金属注入模具，迅速合模加压，使液态金属浸透到预制件中，其中的粘结剂受热分解除去，冷却后得到复合材料制品。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,4.高压挤铸法 特点： （1）在真空中进行，可避免杂质污染； （2）由于纤维与熔融金属在高温下接触时间短，界面反应层厚度小，对材料性能的影响不大； （3）可用于加工形状复杂的制品； （）通过控制温度和压力，可制备致密性好，又不损伤纤维的复合材料。,5.真空吸铸法 以制备碳化硅纤维/铝基复合材

7、料为例：将纤维放置在钢管中，钢管的一端用铝塞密封，另一端连接真空系统。在真空条件下，将装有纤维的钢管部位预热至高温，然后将带铝塞的一端插入熔融的铝液中，铝塞立即熔化，铝液被吸入钢管中渗透纤维。冷却后用硝酸腐蚀掉钢管，制成复合材料棒材。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,6.等离子喷涂法 利用等离子弧向增强材料喷射金属微粒子，从而制备金属基纤维增强复合材料。如：将碳化硅连续纤维缠绕在滚筒上，用等离子喷涂的方法将铝合金喷溅在纤维上，然后将碳化硅/铝合金复合材料切片堆叠，加压后制成铝基复合材料。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,7.电镀法 利用电解沉积的原理在纤维表面附着一

8、层金属而制成金属基复合材料。如：将液态金属放置在电镀液槽中，在液态金属中放置一卷轴，在卷轴与液态金属之间接一直流电源，以金属为阳极，卷轴为阴极，在金属不断电解的同时，卷轴以一定速度卷集附着金属层的纤维。将电镀后的纤维按一定方式层叠、热压，制成复合材料。,4.3.2 纤维增强金属基复合材料的制备方法,1.浆料浸渍法（泥浆浸渍） 将纤维通过含有基体粉末的聚合物料浆，浸挂料浆后缠绕在卷筒上，烘干后切成一定尺寸的片，按要求层叠，经烧结、加热加压处理后制成复合材料制品。 是制备连续纤维增强玻璃的主要方法。,4.3.3 纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法,4.3.3 纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法,2.熔体浸透法 将熔融的陶瓷材料将增强材料或预制件浸透、复合、冷却、脱模后制成复合材料制品。,4.3.4 碳/碳复合材料的制备方法,化学气相沉积(CVD) 法是最早采用的一种CC复合工艺，现在英国仍然采用这种工艺生产 CC 刹车片。把碳纤维织物预制体