非金属材料及复合材料成形

王斌斌非金属复合材料非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥等）和各种复合材料等。

本文主要介绍复合材料。

复合材料是两种或两种以上化学本质不同的组成人工合成的材料。

其结构为多相，一类组成（或相）为基体，起粘结作用，另一类为增强相。

所以复合材料可以认为是一种多相材料，它的某些性能比各组成相的性能都好。

一、复合材料的基本类型复合材料按基体类型可分为金属基复合材料、高分子基复合材料和陶瓷基复合材料等三类。

目前应用最多的是高分子基复合材料和金属基复合材料。

复合材料按性能可分为功能复合材料和结构复合材料。

前者还处于研制阶段，已经大量研究和应用的主要是结构复合材料。

复合材料按增强相的种类和形状可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状增强复合材料。

其中，发展最快，应用最广的是各种纤维增强的复合材料。

二、复合材料的特点1、比强度和比模量许多近代动力设备和结构，不但要求强度高，而且要求重量轻。

设计这些结构时遇到的关键问题是所谓平方－立方关系，即结构强度和刚度随线尺寸的平方（横截面积）而增加，而重量随线尺寸的立方而增加。

这就要求使用比强度（强度/比重）和比模量（弹性模量/比重）高的材料。

复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的七倍，比模量比钢大三倍。

2、耐疲劳性能复合材料中基体和增强纤维间的界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展。

疲劳破坏在复合材料中总是从承载能力比较薄弱的纤维处开始的，然后逐渐扩展到结合面上，所以复合材料的疲劳极限比较高。

例如碳纤维－聚酯树脂复合材料的疲劳极限是拉伸强度的70%～80%。

3、减震性能许多机器、设备的振动问题十分突出。

结构的自振频率除与结构本身的质量、形状有关外，还与材料的比模量的平方根成正比。

材料的比模量越大，则其自振频率越高，可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。

安装工程通用材料安装工程材料种类繁多，常用的分类方法是按材料的化学成分进行划分，有金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料等四大类。

对于刚走进造价行业的人员，有必要熟悉并掌握常用的通用材料及其分类。

1.金属材料常用的有型材、板材、管材、管件、阀门、法兰等种类。

工程实践上应用较多，实际工作遇到较多的列举如下。

1.1型材普通型钢包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢、工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢。

普通型钢分为冷轧和热轧两种，以热轧最为常用。

此类材料在安装工程中主要应用在设备支吊架，基础等固定结构，只需简单了解。

1.2板材板材包括厚钢板、薄钢板、钢带等。

厚钢板：厚钢板的厚度一般为4.6-60mm，热轧厚钢板的厚度规格是大于6mm的，其厚度间隔为6.5mm；厚度6-30mm之间的厚度为1mm；厚度在30mm心上的厚度间隔为2mm。

常用于承压承重等设备。

薄钢板：薄钢板按钢的质量分普通钢板和优质薄钢板按生产方法分为热轧薄钢板和冷轧薄钢板。

并区分镀锌和不镀锌。

厚度有0.5mm—1.2mm等多种规格，多用于风管风道等。

这部分需要基本了解，并熟悉常用薄钢板材料。

1.3管材管材包括无缝钢管、焊接钢管、铸铁管、铅和铅金属管等，这部分是需要重点掌握内容。

无缝钢管是用一定尺寸的钢坯经过穿孔机，热轧或冷拔等工序制成的一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。

钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等，由于其承压能力强，重量轻，规格多样等，是在安装工程多个专业中应用最为广泛的一种材料。

无缝钢管表示方法：外径*壁厚，如108*4表示外径108mm，壁厚4mm。

规格众多，连接方式多样，可以焊接，法兰连接等。

焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。

焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，价格便宜，但一般强度低于无缝钢管，在工程应用上受到一定制约，常用于低压（pn≤1.6mpa）流体输送管网和电线穿线套管，在给排水，采暖，空调等专业上应用较广。

非金属材料的力学行为与应用非金属材料在现代工业和科学领域中扮演着至关重要的角色。

从塑料到陶瓷、玻璃和复合材料，非金属材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和电子等领域。

力学行为是研究这些材料如何对外界力的作用做出反应的重要方面。

本文将探讨非金属材料的力学行为以及其在实际应用中的一些例子。

1. 弹性行为弹性行为是非金属材料力学行为的基本特征之一。

弹性是指材料在受力后能够恢复到原来形状和尺寸的能力。

常见的弹性材料包括橡胶和弹簧。

橡胶能够在外界施加力之后变形，但当去除力后，能够迅速回复到原来的状态。

而弹簧则是通过弯曲和伸展的形变来储存和释放能量。

非金属材料的弹性行为使得它们在减震、密封和柔性连接等应用中广泛使用。

2. 塑性行为与弹性行为相反，塑性行为指的是材料在受力后会发生永久性的形变。

塑性行为是非金属材料力学行为的另一个重要方面。

塑料和陶瓷是常见的具有塑性行为的非金属材料。

当外界力超过材料的变形能力时，材料会发生形变并不会完全恢复原状。

这使得塑料成型、陶瓷成型和金属加工等工艺成为可能。

塑性行为的应用使得我们能够根据需求改变非金属材料的形状和特性。

3. 破裂行为破裂行为是非金属材料力学行为中的不可忽视的一个方面。

当材料受到过大的外部力或应力集中时，会发生破裂现象。

破裂行为的研究对于材料的设计和结构的完整性至关重要。

例如，在航空航天领域，对复合材料的破裂行为进行分析和测试，以确保飞机结构的强度和安全性。

此外，在建筑和土木工程中，对建筑材料破裂行为的研究可以帮助我们选择合适的材料并确保结构的稳定性。

4. 应力分析与工程应用非金属材料力学行为的研究也涉及应力和应变的分析。

通过对材料的应力分析，可以确定材料在不同加载条件下的行为。

这有助于工程师们选择合适的材料和设计结构，以满足特定的需求。

例如，通过应力分析，可以确定材料在力学载荷下的疲劳寿命，从而预测材料的使用寿命。

此外，应力分析还可以帮助我们优化材料的设计，以提高其性能和可靠性。

汽车常用非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料、涂装材料等各种材料，它们在汽车上的应用日趋增长的趋势。

随着人们生活水平的不断提高，对车辆也提出了更高的要求，诸如要求有宽敞的车内空间、舒适的座椅、低的噪音、视觉美观及宽阔的视野等。

而制造商们则用人体工程学设计和实用性来刺激顾客的购买欲，此外高速、安全、低耗、环保，最后归结到低廉的价格，要达到如此高的要求，用塑料来替代一些钢铁制的零部件是最明智的选择。

塑料是以合成树脂（聚合树脂或缩聚树脂）为主要成份，并根据不同需要而添加不同添加剂所组成的混合物，具有独特的性能：●密度小：每100kg的塑料可替代其它材料200～300kg，可减少汽车自重，增加有效载荷。

●物理性能良好：柔韧性较好，耐磨，避震，单位质量的塑料的抗冲击性不亚于金属，有些工程塑料、碳纤维增强的塑料甚至还远远高于金属。

●耐化学腐蚀性：塑料对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有很强的抵抗能力，其中聚四氟乙烯是化学性能最稳定的材料，硬聚氯乙烯是最常用的耐腐蚀材料，它可耐浓度达90%的浓硫酸以及各种浓度的盐酸和碱液。

●设计自由度大：可制成透明、半透明或不透明的制品，外观多种多样，表面可制作具有特色的花纹。

●着色性好：可按需要制成各种各样的颜色。

●加工性能好：复杂的制品可一次成型，且能大批量生产，生产效率高，成本较低，经济效益显著，如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的1/10。

●环保、节约能源：可回收利用，且大量采用塑料的汽车每100km节油量在0.5L以上。

但相对来说，塑料也存在一些缺点，如收缩率大，吸水性强，尺寸稳定性差，难以制得高精度制品，易燃，燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，长期使用易老化、易变形等，但通过改性可减少其缺陷。

塑料制品不仅能够减少零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。

生产厂家应利用塑料制品的成型特点，尽量是多个零件一体化，减少数目，设法达到复杂零件一次成型的目的。

4306非金属材料类专业代码430601专业名称材料工程技术基本修业年限三年职业面向面向新材料制造人员等职业，新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等岗位（群）。

培养目标定位本专业培养德智体美劳全面发展，掌握扎实的科学文化基础和新材料的结构与性能、制造工艺、生产管理、检测品控等知识，具备配方及工艺优化、新材料加工及生产管理、新材料检测及品质管控等能力，具有工匠精神和信息素养，能够从事新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等工作的高素质技术技能人才。

主要专业能力要求1. 掌握常见化工安全防护用品使用方法，掌握危险与可操作性（HAZOP）分析工具使用方法，具有分析生产中潜在风险，制订预防措施的能力；2. 能够从事新材料应用与优化、生产与管理、检测与品控等工作，初步具有新材料及加工助剂选用的能力；3. 具有分析解决新材料应用与生产中工程问题的能力，具有适应服务产业数字化发展需求的能力；4. 具有材料工程技术专业领域相关标准和法律法规查询、理解和执行的能力；5. 具有熟练操作、调试新材料生产设备，设置新材料生产过程中的工艺参数，解决生产过程中工艺缺陷问题的能力；6. 具有组织新材料生产的能力，初步具有提升生产效率、改进产品质量的能力；7. 具有依据相关标准、规范进行新材料及制品鉴别、分析与测试的能力；8. 掌握新材料品质管理基本工具及方法，具有熟练运用品质管理工具的能力；9. 具有探究学习、终身学习和可持续发展的能力。

主要专业课程与实习实训专业基础课程：工程制图、机械基础、机电控制技术、基础化学、高分子物理、材料基础。

196专业核心课程：新材料及配方技术、新材料加工技术、化工HSE与生产管理、材料分析与检测技术、新材料质量管理、材料改性技术。

实习实训：对接真实职业场景或工作情境，在校内外进行新材料加工、新材料配方设计、材料分析与检测等实训。

在新材料检测机构、新材料智能制造企业等单位进行岗位实习。

职业类证书举例职业技能等级证书：化工危险与可操作性（HAZOP）分析接续专业举例接续高职本科专业举例：高分子材料工程技术、新材料与应用技术接续普通本科专业举例：高分子材料与工程、复合材料与工程专业代码430602专业名称高分子材料智能制造技术基本修业年限三年职业面向面向橡胶和塑料制品制造人员、橡胶和塑料工程技术人员等职业，生产与管理、检测与品控、配方与工艺优化等岗位（群）。

非金属材料及复合材料成型方法简介第四章第二篇材料成形工艺基础西北工业大学电子教案成型方法⏹塑料件成型⏹陶瓷件成型⏹复合材料成型⏹成型、机械加工、修配和装配⏹挤出成型（挤塑）：利用挤出机将热塑性塑料加热、连续挤出成型为各种断面的制品。

应用：生产塑料板材、棒材、片材、异型材、电缆护层等⏹成型、机械加工、修配和装配⏹注射成型（注塑）：利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合模具型腔内固化成型。

应用：各种塑料制品（电器、设备、民用）⏹成型、机械加工、修配和装配⏹压延成型：使加热塑化的热塑性塑料通过两个以上的相对旋转的滚筒间隙而连续变形的成型方法。

应用：生产连续片状材料返回⏹配料、成型、烧结⏹干压成型：利用冲头对装入模具内的粉末施加压力而成型。

应用：生产形状简单、尺寸↓的制品⏹配料、成型、烧结⏹等静压成型：利用液体和橡胶等对陶瓷坯体施压（受等静压）而成型。

应用：生产性能要求高的电子元件和其他高性能塑料⏹配料、成型、烧结⏹注浆成型：将悬浮着陶瓷颗粒的液体注入多孔模具中，沥干液体后即成型为坯体。

应用：形状复杂、大型薄壁制品⏹配料、成型、烧结⏹热压成型：将具有流动性的料浆，在热压铸机中压缩空气的作用下注入金属模，冷却凝固后成型。

应用：成型复杂制品⏹配料、成型、烧结⏹注射成型：在注射成型机中将粒状粉料注射入金属模具中，冷却后将坯体脱脂后按常规烧结。

应用：复杂零件的大规模生产返回复合材料成型通用方法：颗粒、晶须、短纤维增强复合材料混合→制坯→ 成型纤维增强体增强复合材料增强体预成型→复合⏹金属基复合材料成型⏹树脂基复合材料成型⏹陶瓷基复合材料成型⏹C/C复合材料成型液态金属浸润法：金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，凝固成型。

常用方法：常压铸造、液体金属搅拌、真空压力浸渍法、挤压铸造、液态浸渗挤压等•扩散黏结法：在长时间高温和压力下，使固态金属与增强材料（预制坯）的接触面通过原子间相互扩散黏结而成。

粉末冶金法：根据要求将不同金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维均匀混合，放入模具中高温、高压成型。

航空复合材料成型与加工技术摘要：复合材料通常是指由高分子材料、无机非金属材料或金属材料复合而成的一种新材料。

复合材料可定义为出两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。

具有重量轻、设计制造性能好、复合效应高等特点，以及比强度和比模量高、疲劳寿命长、抗腐蚀性能好等优点。

关键词：航空复合材料；成型；加工技术一、复合材料成型技术1.1自动铺放技术自动铺放技术主要有自动铺丝和自动铺带两种技术，这两种技术的共同点是都采用了预浸料，并能实现全自动化与数字化制造，高速高效。

自动铺放技术非常适用于制造大型复合材料结构件，在各种飞行器，尤其是大型民用飞机结构的制造中所占比重越来越大。

自动铺带技术的原材料是带隔离衬纸的单向预浸带。

切割、定位、堆叠和轧制均采用数控技术自动完成，并由自动铺带机实现。

多轴龙门机械手可用于完成胶带铺设位置的自动控制，核心部件——铺带头配备有预浸带输送和切割系统，可根据待铺设工件的轮廓自动完成预浸带预定形状的切割。

加热后，预浸料带在压辊的作用下铺设在模具表面。

该方法具有高质量、高效率、高可靠性和低成本的特点。

主要用于平面或低曲率弯曲部件或准平面复合材料部件的层压制造。

特别适用于大型复杂零部件的制造，减少了组装件的数量，节约了制造和组装成本，大大降低了材料的废品率和制造时间。

1.2热压罐成型热压罐成型工艺是目前复合材料结构件制造过程中应用最广泛的方法之一。

它利用热压罐内的高温压缩气体对复合材料坯料进行加热和加压，以完成固化目的。

热压罐主要由罐门及罐体、风机系统、加热系统、冷却系统、真空系统、压力系统、控制系统和安全系统等机械辅助设施组成。

在复合材料结构制品的固化过程中，按照工艺和技术要求完成制品的抽真空、加热和加压，以达到制品固化的目的。

热压罐成型具体工艺流程如下：第一步是材料准备，主要是预浸料，根据设计要求裁剪预浸料；第二步是模具准备，在铺放预浸料前需要用甲乙酮或丙酮等溶剂清洗模具的表面。

复合材料是一种由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点。

复合材料在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域有着广泛的应用。

本文将重点探讨复合材料的结构特点、设计要点以及成型方法。

一、复合材料的结构特点1.1 高强度：复合材料由于是由不同材料组合而成，可以充分发挥各种材料的优点，因此具有很高的强度。

比如碳纤维复合材料的强度是钢的几倍。

1.2 轻质：由于复合材料多为聚合物基体和增强材料组成，因此具有较低的密度，重量轻，适合用于要求重量轻的场合，比如航空航天领域。

1.3 耐腐蚀性好：复合材料多数是无机非金属材料与有机高分子材料的复合，因此具有良好的耐腐蚀性，可以在恶劣环境下长期使用。

1.4 难以加工：复合材料的工艺性和加工性较差，需要采用特殊的加工技术和工艺流程。

二、复合材料的设计要点2.1 结构设计：在设计复合材料结构时，需要充分考虑材料的性能和特点，合理设计结构，提高材料的使用效率。

2.2 成型工艺设计：不同的复合材料有不同的成型工艺，需要根据具体的材料性能和工艺流程来设计成型工艺，以保证产品质量。

2.3 自动化设计：现代复合材料加工已经向着自动化方向发展，因此设计时需要考虑如何实现自动化生产。

2.4 环境友好设计：在设计复合材料产品时，需要充分考虑材料的回收性和再利用性，采用环保的材料和工艺。

三、复合材料的成型方法3.1 手工层叠成型：手工层叠成型是一种常见的复合材料成型方法，通过人工将增强纤维层叠在一起，再浸渍树脂，最后经过固化得到成品。

3.2 压模成型：在压模成型中，复合材料预先放置于模具中，然后通过压力和温度的作用，使树脂固化，最终得到成品。

3.3 真空吸塑成型：真空吸塑成型是将复合材料覆盖在模具表面，然后利用真空负压使其贴紧模具表面，并通过加热固化得到成品。

3.4 自动化制备：随着自动化技术的发展，复合材料成型也越来越多地采用自动化制备技术，如自动化层叠机、自动化压模机等。