复合材料工艺及设备完整版116页PPT

47
第47页/共256页
另外，在缠绕的时候，所使用的芯模应 有足够的强度和刚度，能够承受成型加工过 程中各种载荷（缠绕张力、固化时的热应力、 自重等），满足制品形状尺寸和精度要求以 及容易与固化制品分离等。
48
第48页/共256页
常用的芯模材料有石膏、石蜡、金 属或合金、塑料等，也可用水溶性高分 材料，如以聚烯醇作粘结剂制成芯模。
49
第49页/共256页
连续纤维缠绕技术的优点
首先，纤维按预定要求排列的规整度和精度 高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等 强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维 抗张性能优异的特点，
50
第50页/共256页
其次，用连续纤维缠绕技术所制得 的成品，结构合理，比强度和比模量高， 质量比较稳定和生产效率较高等。
51
第51页/共256页
连续纤维缠绕技术的缺点
设备投资费用大，只有大批量生产时 才可能降低成本。
52
第52页/共256页
连续纤维缠绕法适于制作承受一定 内压的中空型容器，如固体火箭发动机 壳体、导弹放热层和发射筒、压力容器、 大型贮罐、各种管材等。
53
第53页/共256页
近年来发展起来的异型缠绕技术，可 以实现复杂横截面形状的回转体或断面呈 矩形、方形以及不规则形状容器的成型。
54
第54页/共256页
6. 拉挤成型工艺
拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂 胶液的连续纤维束或带状织物在牵引装置 作用下通过成型模而定型；
55
第55页/共256页
其次，在模中或固化炉中固化，制成具有 特定横截面形状和长度不受限制的复合材料， 如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材 等。
56

复合材料的热膨胀系数通常低于单一材料，使其在温度变化时能保 持较好的尺寸稳定性。
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
04
复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。

（1）类型多 树脂组成、固化剂和改性剂的不同，
产品性能、用途差异很大，其形态可从极 低的粘度到高熔点的固体.
1. 环氧树脂的特性
（2）固化容易 根据实际要求选用不同的固化剂和环
氧体系，可在0--180°C范围内快速或缓慢 固化。
1. 环氧树脂的特性
（3）成型收缩率低 固化时无水或挥发物发生，因而收缩
通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚 酯树脂，亦包括部分间苯型不饱和聚酯 树脂，它们大多用于手糊玻璃纤维增强 塑料制品。
(2)耐热型树脂
要求不饱和聚酯树脂在高温下应用 ，热变形温度较低的通用型树脂就不适 用。
耐热型树脂的热变形温度应不小于 110℃。
(3)耐化学型树脂
这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和 耐水性能，商品树脂主要有双酚A型不 饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不 饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。
复合材料工艺及设备原材 料
原材料：基体材料 增强材料 添加剂
聚合物基 复合材料
金属基 复合材料
基体材料
无机非金属基 复合材料
聚合物基体材料： 热固性树脂、热塑性树脂、橡胶
增强材料：
各种纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶 纤维、高密度聚乙烯纤维等。
2、1 基体材料
热固性树脂
1.不饱和聚酯树脂 2．环氧树脂 3. 酚醛树脂 热塑性树脂
• 酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面（空间飞 行器、火箭、导弹等）作为瞬时耐高温和烧蚀的 结构材料有着非常重要的用途。
2.1.4 其它热固性树脂
1. 三聚氰胺甲醛树脂 三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和
甲醛缩聚而成的热固性树脂。 用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压
板具有高的力学性能、优良的耐热性和 电绝缘性及自熄性。

注射成型工艺
注射成型工艺是将热塑性或热固 性复合材料加热至熔融状态，然 后通过注射机将其注入模具中，
冷却后脱模得到制品的工艺。
该工艺适用于制备大型、结构复 杂的制品，如家电外壳、汽车零
部件等。
注射成型工艺具有生产效率高、 自动化程度高等优点，但模具成 本较高，且对材料性能要求较高
。
层压成型工艺
层压成型工艺是将多层复合材料叠合 在一起，然后在压力和温度作用下使 其粘合在一起并成型的一种工艺。
随着科技的发展，对复合材料的 性能要求越来越高，复合材料成 型工艺正朝着高性能化的方向发
展。
智能化
智能化成型工艺能够提高生产效率 和产品质量，是复合材料成型工艺 的重要发展方向。
绿色化
环保意识的提高，对复合材料的生 产过程中的环保要求也越来越高， 绿色化成型工艺成为未来的发展趋 势。
复合材料成型工艺面临的挑战
。
体育器材领域的应用实例
总结词
轻量、高强度、耐用
VS
详细描述
体育器材领域也是复合材料应用的重要领 域，如滑雪板、羽毛球拍、自行车车架等 。这些应用主要得益于复合材料的轻量、 高强度和耐用等特性，能够提高运动器材 的性能和寿命。
05
复合材料成型工艺的发展趋势与挑战
复合材料成型工艺的发展趋势
高性能化
热压成型工艺的原理与特点
热压成型工艺原理
热压成型是利用热塑性复合材料的热塑性，在加热、加压条 件下，将材料加热至熔点或软化点，然后在压力作用下使材 料塑性变形并贴合在模具表面，冷却固化后形成所需形状的 制品。
热压成型特点
热压成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、表面质量 好等优点，适用于生产形状复杂、尺寸精度要求高的复合材 料制品。

基体材料选择
如环氧树脂、聚酰胺、聚酯等，具有良好的粘结性、耐腐蚀性等 特点。
原材料预处理
包括清洗、干燥、剪裁、浸润等步骤，以确保原材料的质量和性 能。
成型工艺方法介绍
手糊成型
喷射成型
将纤维增强材料和基体材料手工逐层铺设在 模具上，通过手工涂刷或喷涂基体材料，形 成复合材料制品。
利用喷枪将基体材料和短切纤维同时喷向模 具表面，形成复合材料层。
复合材料可用于制造汽车发动机罩、底盘护板等部件，具 有减振、降噪和提高耐久性等优点。
建筑领域应用
结构构件
复合材料用于制造建筑结构如梁、板、柱等，具有轻质高强、耐腐蚀和耐候性等优点，如纤 维增强混凝土（FRC）在建筑中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
内饰部件 复合材料可用于制造汽车座椅、仪表盘、门板等内饰部件， 提高舒适性和美观度，如玻璃纤维增强塑料（GFRP）在 内饰中的应用。
发动机和底盘部件
光子复合材料
能够调控光的传播路径和性质， 具有隐身、光学存储等智能特性， 在光通信、光计算等领域具有重 要应用价值。
THANKS
汇报结束 感谢聆听
《复合材料》PPT课件
目录
contents
• 复合材料概述 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备工艺 • 复合材料的性能特点 • 复合材料的应用实例分析 • 复合材料的未来发展趋势
01
复合材料概述
定义与分类
定义

金属基复合材料的制备工艺
金属基复合材料制备及成形工艺
金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程 度上取决于制备技术；
研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材 料研究中最重要的问题之一。
2
复合材料的概念与定义
常规材料的优缺点：
• 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐 热、耐磨、耐蚀性差，如铝；
19
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整理
20
影响扩散粘结过程的主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
21
扩散粘结过程分为三个阶段：
1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压， 使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜） 破坏；
26
5.1. 粉末轧制法
27
5.2 块（带）材轧制复合法
28
5.3 温轧复合生产线
29
6.爆炸焊接法
是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材 料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热 过程使材料焊接起来。
2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。 4) 与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 5) 可根据要求设计复合材料的性能； 6) 其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 7) 利于净成型或近净成型，二次加工性能好。
2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法

1－涂布机
2－放卷机
3－干燥通道 4－收卷机
5－冷却工位 6－复合机
7－放卷机
特点
1.适用基材范围广。 2.有良好的粘合性能，再加热时也不会剥离。 3.操作简单，生产效率高。 4.粘合强度大，并有良好的耐热性和耐化学药品性，可用作耐高温蒸煮袋等。 5.成本高，有溶剂残留和环境污染问题。
粘合剂的种类
单联式挤出复合工艺流程图
1－放卷
2－导棍
3－效形辊 4—烘箱
5－空隙 6－T型模头 9－夹紧辊 10－冷却辊
7－挤出机 8－塑模板 11－夹层基材 12－收卷
双联式挤出复合工艺流程图 1－放卷 2－导辊 3－效形辊 4－烘箱
5－挤出机 6－夹层基材 7－挤出机 8－收卷
特点
.主要使用LDPE树脂作 为黏合剂。 2.PE既是粘合剂又作为 复合结构层，生产成本 较低。 3.从挤出到复合一次完 成，生产效率高。 4.挤出复合温度高，其 复合薄膜比手法复合薄 膜柔软。
过大会使得温度损失加 大，影响复合牢度 一般控制在50-150mm
复合速度
速度越快，涂覆层约薄， 黏合强度降低 根据复合强度要求而定 一般控制在150m/min以下 冷却温度 冷却辊表面一般为20-35度
挤出复合常见故障和解决方法
透明度不佳
原因：挤出温度过高， 冷却不足，聚乙烯牌 号不合适 涂层厚度不均
原因：出膜口温度不 均匀，出料不够，波 形出料
调节机头温度，口模 间隙、消除薄点，提 高上膜两端温度 缩孔龟裂
挤出温度过低，塑化 不良，不同树脂混合
–先印刷再复合，印刷层被夹在基 材中间，既增加印刷的色泽和牢 固度，又避免油墨中有害物质对 内装物的危害。
复合的方法与工艺

复合材料工艺及设备
刘雄亚 谢怀勤 主编 武汉工业大学出版社
第一章 绪论
课件
1.1
第一章 绪论
1.1 复材发展的概况
说明：复合材料（Composite Materials ）， 以
复 下简称CM
材 一、CM的定义
发 （各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一 展 的说法）
的 概
广义的定义：
况
CM是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的 工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材
• 力学设计——给制品一定的强度和刚度
的 • 功能设计——给制品除力学性能外的其他性能
基 本
例如：化工厂的天窗
性 能
正是由于复合材料的可设计性，我们可以根据制品的 需要重点设计某一种或几种物理性能，一些不需要的性能 可以不去考虑，从而降低总成本。
第一章 绪论
课件
1.2 CM
3、工艺性能好
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。
的
材料名称
基
钢
本
性
铝
能
玻纤/聚酯CM
碳纤/环氧CM
比强度 0.13 0.17 0.53 1.03
比模量 0.27 0.26 0.21 0.21
第一章 绪论
课件
1.2 CM
• 2、可设计性好 是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。
• 可设计性是指：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。具体 体现在以下两个方面：
的 基 本
• •
•
2 、基体材料的性能及含量 3 、界面的结合情况 燃烧性能主要取决于2、3

增强材料
涂脱模剂
原材料 手糊成型
固化 脱模制品检验 后处理专用47手糊工艺视频
专用48定义：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺专用6树脂基复合材料
玻璃/酚醛 高硅氧/酚醛 涤纶/酚醛 碳/酚醛 碳/环氧 蜂窝夹层结构复合材料 经编复合材料 多维整体编织织物复合材料 耐高温树脂基料
碳基复合材料：
整体毡碳/碳 低密度碳/碳 多维整体编织碳/碳
陶瓷基复合材料：
石英织物增强，纤维在闭模中铺好，树脂在重 力或外压的作用下注入模子。
工艺因素：
(1)树脂对纤维的完全浸润 (2)树脂粘度 (3)树脂与纤维之间的界面的表面张力 (4)纤维体积百分数高，直径细小，完全浸 润需长时间和高压。专用342、预浸润
第一步：生产预浸料 把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再 对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分 固化得到浸有树脂的纤维带或片。 该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好。
纤维的原子排列，化学性能 高分子基体的分子结构和化学组成 例： 纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷 载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地 粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强 度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润 性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的， 表现在层间剪切上。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
绪论
复合材料分类
金属基复合材料 树脂基复合材料 无机非金属基专用5金属基复合材料
金属基复合材料
硼/铝复合材料 碳化硅纤维/铝复合材料