先进树脂基复合材料制造技术综述
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《新型牙科树脂基复合材料的制备和性能研究》篇一一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高,对牙科材料的要求也日益提高。
作为牙科修复的主要材料,树脂基复合材料(Resin-Based Composites, RBCs)因其在色泽、强度以及耐磨性等方面的优越性能,在牙科领域得到广泛应用。
本文将针对新型牙科树脂基复合材料的制备方法及性能进行详细的研究。
二、新型牙科树脂基复合材料的制备1. 材料选择制备新型牙科树脂基复合材料,主要选择高聚物树脂作为基体,如环氧树脂、聚硅氧烷等,以及适量的无机填料,如纳米陶瓷颗粒、玻璃纤维等。
这些材料的选择对于提高材料的机械性能、生物相容性以及色泽等具有重要作用。
2. 制备工艺制备过程主要包括混合、成型和固化三个步骤。
首先,将选定的树脂基体与无机填料进行混合,然后放入模具中进行成型,最后进行固化处理。
固化过程通常采用热固化或光固化方式,以提高材料的稳定性和性能。
三、新型牙科树脂基复合材料的性能研究1. 机械性能新型牙科树脂基复合材料应具有良好的机械性能,包括高强度、高硬度以及耐磨性等。
通过对比不同制备工艺和填料含量的材料,我们可以发现,适量的无机填料可以提高材料的机械性能。
此外,优化固化过程也能显著提高材料的机械性能。
2. 生物相容性作为与人体组织直接接触的材料,生物相容性是牙科材料的重要性能指标。
通过细胞毒性试验和动物植入试验,我们可以评估新型牙科树脂基复合材料的生物相容性。
研究结果表明,新型牙科树脂基复合材料具有良好的生物相容性,无明显的细胞毒性反应和炎症反应。
3. 美学性能在牙科领域,修复材料的美学性能至关重要。
新型牙科树脂基复合材料应具有较好的色泽和透明度,以实现良好的美学效果。
通过对材料的色泽、透明度以及光泽度进行评估,我们发现新型牙科树脂基复合材料在美学性能方面具有显著优势。
四、结论本文对新型牙科树脂基复合材料的制备和性能进行了研究。
通过优化材料选择和制备工艺,我们成功制备出具有良好机械性能、生物相容性和美学性能的牙科树脂基复合材料。
先进树脂基复合材料的发展和应用一、概述先进树脂基复合材料是近年来在材料科学领域取得重要突破的一种新型材料。
它以树脂为基体,并掺入一定量的增强材料,通过复合工艺制备而成。
先进树脂基复合材料具有轻质、高强度、高刚度、耐热、耐腐蚀等优良性能,在航空航天、汽车工业、建筑工程等领域得到了广泛的应用。
二、发展历程2.1 早期研究早在20世纪60年代,学者们开始研究树脂基复合材料的制备方法和性能优化。
最早的树脂基复合材料是通过手工层叠或浸渍法制备的,虽然具有一定的强度和刚度,但工艺复杂、生产效率低,限制了该材料的进一步应用。
2.2 工艺改进随着技术的不断进步,研究者们开发了更高效、更稳定的制备工艺,如压缩成型、注射成型和浸渍成型等。
这些新的制备方法大大提高了树脂基复合材料的生产效率和质量稳定性,为其广泛应用奠定了基础。
三、树脂基复合材料的优势3.1 轻质高强树脂基复合材料由轻质增强材料与高性能树脂基体组成,具有较低的密度和优异的机械性能。
相比传统金属材料,树脂基复合材料的比强度和比刚度更高,能够大幅减少结构的自重。
3.2 耐热耐腐蚀树脂基复合材料具有优异的耐高温性能,能够在高温环境下稳定工作。
同时,树脂基复合材料也具有良好的耐腐蚀性能,能够抵抗酸、碱等腐蚀物质的侵蚀,提高材料的使用寿命。
3.3 界面改性树脂基复合材料的界面结构经过改性处理后,能够提升材料的性能。
界面改性可以增加增强材料与基体之间的黏合力,减少界面的剥离和裂纹扩展,提高材料的整体性能。
3.4 结构多样性树脂基复合材料可以根据实际需求设计不同的结构形式,满足复杂工程结构的要求。
通过改变增强材料的形状、层数和取向等参数,可以实现对材料性能的精确调控。
四、应用领域4.1 航空航天由于树脂基复合材料具有轻质高强的特点,被广泛应用于航空航天领域。
在飞机制造中,树脂基复合材料可以减轻飞机自重,提高燃油经济性和运载能力。
同时,它还可以用于导弹、卫星等宇航器件的制造,提高整体性能。
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术是一种新型的制造技术,它采用逐层堆积的方法来制造复合材料零件。
通过增材制造技术,可以使复合材料零件具有更高的复杂性和更高的性能,并且可以大大缩短制造周期,节约成本。
该技术主要应用于航空航天、汽车、医疗和体育用品等领域。
由于纤维增强树脂基复合材料具有轻量化、高强度、高刚度和耐腐蚀等优点,因此在这些领域中得到了广泛应用。
通过增材制造技术,可以生产出更轻、更强、更耐用的复合材料零件,为相关行业的发展提供了重要的支持。
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的优点在于可以对零件
进行定制化设计和生产,从而满足不同领域的需求。
此外,这种制造技术还具有生产效率高、能耗低、环保等特点,对于推动相关行业的可持续发展也有着积极的作用。
总之,纤维增强树脂基复合材料增材制造技术是一种非常有前景的技术,它将为相关领域的发展带来更多的机遇和挑战。
我们相信,随着这项技术的不断发展和完善,它将在未来发挥更加重要的作用。
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《新型牙科树脂基复合材料的制备和性能研究》篇一一、引言随着现代科技的发展,牙科材料的研究与开发已经取得了显著的进步。
其中,牙科树脂基复合材料因其良好的生物相容性、优异的机械性能和美观度,被广泛应用于牙齿修复、填充和美容等领域。
本文旨在研究新型牙科树脂基复合材料的制备方法及其性能表现,为推动牙科材料的研究与临床应用提供理论基础。
二、制备方法新型牙科树脂基复合材料的制备主要包括以下几个步骤:1. 原材料选择:选择适合的树脂基体、填料以及添加剂。
树脂基体应具有优良的物理性能和化学稳定性;填料如玻璃纤维、陶瓷颗粒等,可提高材料的机械强度和耐磨性;添加剂如增塑剂、着色剂等,可改善材料的加工性能和美观度。
2. 混合与制备:将选定的原材料按照一定比例混合,并通过搅拌、熔融、挤出等工艺,制备成牙科树脂基复合材料。
3. 固化与成型:将制备好的树脂基复合材料放入模具中,通过加热、加压或光固化等方法,使其固化成型。
三、性能研究新型牙科树脂基复合材料的性能研究主要包括以下几个方面:1. 机械性能:通过硬度测试、抗压强度测试、耐磨性测试等方法,评估材料的机械性能。
优良的机械性能是保证材料在牙齿修复、填充等应用中持久耐用的关键。
2. 生物相容性:通过细胞毒性测试、动物实验等方法,评估材料与生物体的相容性。
良好的生物相容性是保证材料在人体内安全使用的关键。
3. 美学性能:评估材料的美观度、色泽、透明度等性能。
牙科材料的美学性能对于提高患者的满意度和接受度具有重要意义。
4. 耐久性:通过加速老化测试、长期浸泡测试等方法,评估材料的耐久性能。
耐久性好的材料能在实际使用中保持优异的性能,降低维护成本。
四、实验结果与分析通过实验,我们得到了新型牙科树脂基复合材料的制备工艺参数及其性能数据。
具体结果如下:1. 制备工艺参数:通过优化原材料配比、混合工艺、固化条件等参数,得到最佳的制备工艺。
2. 机械性能:新型牙科树脂基复合材料具有较高的硬度、抗压强度和耐磨性,满足牙齿修复、填充等应用的要求。
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先进树脂基复合材料制造技术综述单位:西北工业大学机电学院作者:阎龙史耀耀段继豪树脂基复合材料以其比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点在飞机上得到了大量应用,可实现飞机结构相应减重25%~30%[1-2]。
此外,通过复合材料结构/ 材料/ 工艺综合研究和材料/ 工艺/ 设计/ 电子/ 气动等学科交叉,深层次开发复合材料结构与功能可设计性潜力,可进一步提高飞机的综合性能。
早在20世纪80 年代,人们就预测到2000 年飞机的绝大部分结构将采用复合材料,甚至出现全复合材料飞机。
然而,到目前为止,这一预言尚未实现,其主要原因是复合材料构件的成本还远远高于铝合金构件,高成本阻碍了复合材料技术在航空航天等领域的更广泛应用[1]。
因此,在已有主要材料体系基础上开发先进的低成本制造技术成为当今复合材料界的共识。
目前可降低复合材料制造成本的主要技术途径有:复合材料低温固化技术、复合材料RTM 成型技术、自动缠绕与铺放技术、复合材料电子束固化技术、复合材料结构修理技术[1]。
复合材料低温固化技术复合材料低温固化技术通常指固化温度小于100℃,可以在自由状态下进行高温后处理的复合材料相关制造技术[1]。
发展复合材料构件的低温固化技术,可以大大降低由昂贵模具、高能耗设备以及高性能工艺辅料等带来的高费用。
此外,低温固化复合材料构件的尺寸精度高,固化残余应力低,适于制备大型和形状复杂的复合材料构件,也可用于复合材料工装材料以及复合材料结构件的修补等。
复合材料低温固化技术是低成本制造技术的重要组成部分。
复合材料低温固化技术的研究始于20 世纪70 年代,ACG 公司于1975 首先发展了第一个低温固化树脂体系LTM10。
到20 世纪80 年代中期,低温固化复合材料开始应用于工装领域。
20 世纪90 年代早期,低温固化复合材料首次用于航空结构件,如1985 年洛克希德·马丁公司采用LTM45 低温固化体系制备了UAV构件;1986 年NASA 和McDonel-Douglas 公司使用LTM10 体系/ 真空袋成型技术制造了X36 无人战斗机和UAV 的外蒙皮。
先进树脂基复合材料自动化制造技术
先进树脂基复合材料自动化制造技术是指在树脂基复合材料的制造过程中,采用自动化技术进行生产的一系列方法和技术。
这些技术主要包括:
1.制造过程数字化技术基础:在树脂基复合材料的制造过程中,利用数字化技术对生产过程进行监控和优化,可以提高生产效率和产品质量。
2.树脂基复合材料热压罐成形数字化技术:热压罐成形是一种常见的树脂基复合材料制造方法,通过数字化技术可以实现对热压罐成形过程的精确控制。
3.树脂基复合材料自动铺放技术:自动铺放技术是通过自动化设备将纤维预浸料自动铺放到模具上,以实现复合材料的制造。
4.树脂基复合材料拉挤成形技术:拉挤成形技术是通过将纤维增强体拉过模具,形成复合材料的方法。
5.树脂基复合材料RTM成形技术:RTM成形技术是一种通过将树脂注入模具中,利用真空辅助使树脂浸渍纤维增强体,形成复合材料的方法。
6.树脂基复合材料纤维缠绕成形技术:纤维缠绕成形技术是通过将纤维增强体缠绕在旋转的芯模上,形成复合材料的方法。
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展,先进树脂基复合材料作为一种高性能、轻质、高强度的材料,已经在航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对先进树脂基复合材料技术的发展历程进行深入剖析,并探讨其在各个领域的应用现状。
通过对国内外相关研究的综述,本文将总结先进树脂基复合材料技术的发展趋势,以及面临的挑战和机遇,以期为推动该领域的技术进步和产业发展提供参考。
在文章的结构上,本文首先将对先进树脂基复合材料的定义、分类及特点进行阐述,为后续的研究奠定理论基础。
接着,文章将回顾先进树脂基复合材料技术的发展历程,分析其在不同历史阶段的主要特点和成就。
在此基础上,文章将重点探讨先进树脂基复合材料在各个领域的应用现状,包括航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等。
文章还将关注先进树脂基复合材料技术在实际应用中面临的挑战,如成本、性能优化、环保等问题,并提出相应的解决方案。
文章将展望先进树脂基复合材料技术的发展前景,探讨其在未来可能的发展趋势和创新点。
通过对先进树脂基复合材料技术的深入研究和分析,本文旨在为相关领域的科研人员、工程师和管理者提供有益的参考和启示,推动先进树脂基复合材料技术的持续发展和创新。
二、先进树脂基复合材料技术的发展先进树脂基复合材料技术的发展经历了从简单的层压复合材料到高性能、多功能复合材料的演变。
近年来,随着科技的不断进步,该领域取得了显著的突破和进展。
树脂体系的创新:树脂作为复合材料的基体,其性能直接影响着复合材料的整体性能。
传统的树脂体系如环氧树脂、酚醛树脂等,虽然在很多领域有广泛应用,但随着性能要求的提升,新型树脂体系如聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等逐渐崭露头角。
这些新型树脂具有更高的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗,以及更好的机械性能,为先进树脂基复合材料的发展提供了强大的支撑。
增强材料的多样化:增强材料是复合材料中的关键组成部分,其种类和性能直接影响着复合材料的力学性能和功能特性。
树脂基复合材料制件机械加工工艺树脂基复合材料是一种新型的材料,具有优异的性能,如高强度、高刚度、耐腐蚀、耐磨损等。
在制造业中,树脂基复合材料的应用越来越广泛,尤其是在航空、航天、汽车等领域。
由于树脂基复合材料的复杂性和特殊性,其制件的机械加工工艺也相对复杂。
本文将从理论和实践两个方面对树脂基复合材料制件的机械加工工艺进行探讨。
一、树脂基复合材料制件机械加工工艺的理论基础1.1 树脂基复合材料的性能特点树脂基复合材料是由树脂基体和增强材料组成的复合材料。
其中,树脂基体是复合材料的基体,具有较高的强度和刚度;增强材料可以提高复合材料的强度、刚度和耐磨性等性能。
常见的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
1.2 树脂基复合材料的机械加工特点(1)树脂基复合材料的硬度较高,切削力大,容易导致刀具磨损和工件表面质量下降。
因此,在机械加工过程中需要选择合适的刀具材料和切削参数。
(2)树脂基复合材料的热膨胀系数较大,容易产生热裂纹。
因此,在机械加工过程中需要注意控制温度梯度和避免过热变形。
(3)树脂基复合材料的化学稳定性较好,不易发生氧化反应。
但是,在机械加工过程中可能会产生摩擦热和火花放电等现象,导致局部烧蚀和损伤。
为了避免这些问题的发生,需要采取一定的防护措施。
二、树脂基复合材料制件机械加工工艺的具体实施方法2.1 刀具的选择和切削参数的确定(1)刀具的选择:根据树脂基复合材料的硬度和切削力等特点,选择合适的刀具材料(如硬质合金、陶瓷等)和刀具结构(如整体铣刀、镶嵌铣刀等)。
还需要考虑刀具与工件之间的摩擦系数和磨损情况等因素。
(2)切削参数的确定:包括进给速度、切削深度、切削宽度等参数。
这些参数需要根据树脂基复合材料的性质和加工要求进行合理选择和调整。
一般来说,进给速度应适中,以保证足够的切削力;切削深度和宽度应尽量小,以减少刀具磨损和提高工件表面质量。
2.2 机床的选择和调试(1)机床的选择:根据树脂基复合材料的尺寸和形状以及加工要求等因素,选择合适的机床类型(如数控铣床、车削中心等)。
先进树脂基复合材料的现状及应用第一篇:先进树脂基复合材料的现状及应用先进树脂基复合材料的现状及应用摘要:先进树脂基复合材料以其比强度比模量高、良好的耐疲劳性能、良好的抗腐蚀性能、成型工艺的多选择性等独特优点获得广泛应用和迅速发展。
本文简要介绍了先进树脂基复合材料的特性,并结合其特性从应用的角度总结了先进树脂基复合材料的应用和前景。
关键字:树脂基复合材料现状应用前言先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[ 1 ]。
先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能,可设计性优良,还兼有耐化学腐蚀和耐候性优良、热性能良好、振动阻尼和吸收电磁波等功能。
目前,随着复合材料工业的迅速发展,树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点,越来越受到人们的青睐。
先进树脂基复合材料的现状据有关部门的统计,全世界树脂基复合材料制品共有4万多种,全球仅纤维增强复合材料产量目前达到750多万t,从业约45万人,年产值415亿欧元,其生产能力与市场分布情况为:北美32%、亚太地区35%、欧洲30%、其他地区3%[ 2 ]。
目前,全世界高性能树脂基复合材料的产量超过300万t,高性能热塑性复合材料的产量为120多万t,其应用领域主要为:汽车行业占23%、建筑业21%、航空业17%、体育运动领域11%[ 3 ]。
从全球发展趋势来看,近几年欧美复合材料生产均持续增长,亚洲的日本发展缓慢,而中国特别是中国内地的市场发展迅速。
我国树脂基复合材料研究,经过多年的发展,在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶,产量已经仅次于美国,居世界第2位,其市场分布为:建筑40%、管罐24%、工业器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。
我国高性能树脂基复合材料发展水平不高,所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。
先进树脂基复合材料制造技术综述单位:西北工业大学机电学院作者:阎龙史耀耀段继豪树脂基复合材料以其比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点在飞机上得到了大量应用,可实现飞机结构相应减重25%~30%[1-2]。
此外,通过复合材料结构/ 材料/ 工艺综合研究和材料/ 工艺/ 设计/ 电子/ 气动等学科交叉,深层次开发复合材料结构与功能可设计性潜力,可进一步提高飞机的综合性能。
早在20世纪80 年代,人们就预测到2000 年飞机的绝大部分结构将采用复合材料,甚至出现全复合材料飞机。
然而,到目前为止,这一预言尚未实现,其主要原因是复合材料构件的成本还远远高于铝合金构件,高成本阻碍了复合材料技术在航空航天等领域的更广泛应用[1]。
因此,在已有主要材料体系基础上开发先进的低成本制造技术成为当今复合材料界的共识。
目前可降低复合材料制造成本的主要技术途径有:复合材料低温固化技术、复合材料RTM 成型技术、自动缠绕与铺放技术、复合材料电子束固化技术、复合材料结构修理技术[1]。
复合材料低温固化技术复合材料低温固化技术通常指固化温度小于100℃,可以在自由状态下进行高温后处理的复合材料相关制造技术[1]。
发展复合材料构件的低温固化技术,可以大大降低由昂贵模具、高能耗设备以及高性能工艺辅料等带来的高费用。
此外,低温固化复合材料构件的尺寸精度高,固化残余应力低,适于制备大型和形状复杂的复合材料构件,也可用于复合材料工装材料以及复合材料结构件的修补等。
复合材料低温固化技术是低成本制造技术的重要组成部分。
复合材料低温固化技术的研究始于20 世纪70 年代,ACG 公司于1975 首先发展了第一个低温固化树脂体系LTM10。
到20 世纪80 年代中期,低温固化复合材料开始应用于工装领域。
20 世纪90 年代早期,低温固化复合材料首次用于航空结构件,如1985 年洛克希德·马丁公司采用LTM45 低温固化体系制备了UAV构件;1986 年NASA 和McDonel-Douglas 公司使用LTM10 体系/ 真空袋成型技术制造了X36 无人战斗机和UAV 的外蒙皮。
国内关于低温固化复合材料研究的起步较晚,北京航空材料研究所成功研制出70℃固化,80~100℃使用的LT-01 碳纤维增强复合材料树脂体系,并用于制造大型运输机复合材料腹鳍。
表1 所示为碳纤维增强LT-01 复合材料体系力学性能[1]。
值得注意的是,低温固化复合材料,特别是低温真空压力成型复合材料,由于成型压力和温度较低,通常复合材料的孔隙率较高,严重地影响了复合材料力学性能、湿热性能等。
因此,如何降低复合材料的孔隙率成为复合材料低温固化成型技术的研究重点。
复合材料RTM 成型技术树脂传递模塑(RTM)技术是一种适宜多品种、中批量、高质量复合材料构件制造的低成本成型技术,其基本原理是在设计好的模具中放置预成型增强体,闭合模具后,将所需的树脂注入模具,当树脂充分浸润增强材料后,加热固化,然后脱模获得产品(如图1 所示)[1]。
RTM 最突出的特点是将树脂浸润、固化成型过程和增强纤维结构设计、制造分开,这使得设计者可以创造独特的材料设计剪裁来满足精确而复杂的技术要求[3]。
另外,RTM技术是闭合模具设计和工艺设计,容易整体制造较大尺寸,形状复杂,带加筋、夹芯和镶件的结构。
图2 给出了RTM 技术的工艺路线[3-4],但RTM 技术并不是图中各个步骤的简单组合。
实际上,每一步都相互关联并最终决定着复合材料构件的质量。
只有把图2 的工艺路线作为一个整体统一考虑,才能最终获得高质量的制品和最好的经济性。
RTM 技术的发展很快,目前在上述成型过程的基础上,还衍生出一些特殊RTM 技术。
这些技术主要有:真空辅助RTM(VRTM)、压缩RTM(CRTM)、Seemann’s 复合材料树脂渗透模塑成型(SCRIMP)、树脂膜渗透成型(RFI)、热膨胀RTM(TERTM)、柔性RTM(FRTM)、共注射RTM(CIRTM)以及反应注射成型(RIM)等[4]。
RTM 技术已经广泛地应用于建筑、交通、电子、船舶以及航空航天等领域。
越来越多的高性能复合材料构件采用RTM 技术制备。
美国军用战斗机 F35 襟翼整流罩尺寸长为 3.6m,质量约 90kg,是至今为止使用低成本制造技术完成的最大尺寸的航空复合材料零件[1]。
我国在RTM 成型技术方面也取得了进展,北京航空材料研究院在雷达罩RTM 成方面积累了一定的经验,并将其用于相关产品的研制。
自动缠绕与铺放技术自动缠绕与铺放技术是实现复合材料“低成本、高性能”的重要手段之一。
在先进复合材料,尤其航空航天高性能复合材料结构制造中应用极为广泛,占据相当重要的地位,近年来发展十分迅速。
自动缠绕是指在控制张力和预定线型的条件下,将预浸胶纤维或带材连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上,然后在室温或加热条件下使之固化成一定形状制品的方法。
自动铺放是指通过使用铺放设备按照一定规律把预浸胶纤维或带材铺放到模具表面,并用压紧辊压实[5]。
根据所用材料的不同,缠绕可分为带缠绕和纤维缠绕,铺放也可分为带铺放和纤维铺放。
自动缠绕/ 铺放设备是实现自动缠绕/ 铺放成型技术的关键。
缠绕/ 铺放的工艺流程包括:缠绕/ 铺放材料的制备、模具的制备、缠绕/ 铺放成型过程以及后期处理4 部分,如图3 所示。
影响缠绕/ 铺放工艺过程的主要参数有:带材(纤维)烘干、带材(纤维)含胶量、缠绕/ 铺放张力、缠绕/ 铺放压力、缠绕/铺放速度、温度、固化制度等[3,6]。
选择合理的缠绕/ 铺放工艺参数,是充分发挥原材料特性、优化缠绕/ 铺放成型过程、提高缠绕/ 铺放制品质量的关键。
缠绕技术和铺放技术各有特点,缠绕工艺大多针对规则回转体凸面构件的成型,其重要组成部分是线型设计,即带材(纤维)在芯模表面的轨迹与排布方式[1]。
如果带材(纤维)无规则地乱绕,必然导致芯模表面出现离缝或重叠以及带材(纤维)的滑移不稳定、架空等现象,不能得到理想的制品。
铺放工艺主要针对机翼、壁板等大尺寸、中小曲率部件的成型。
与缠绕工艺不同,铺放工艺中靠压辊提供成型压力,且采用非连续成型,其轨迹规划较缠绕容易得多,不存在“周期性、稳定性、不架空性”的约束,铺设方向有很大的设计自由度[1]。
因此,两者的应用领域也各有侧重。
复合材料缠绕制品主要包括管道、贮罐、发电机叶片、各类压力容器、固体火箭发动机壳体等[5,7]。
铺放技术则广泛地用于制造航空复合材料构件,尤其是飞机结构上的应用。
图4 给出了典型的缠绕/ 铺放制品。
复合材料电子束固化技术电子束固化即高能量电子束碰撞目标分子,释放足够的能量使其产生一系列活泼的粒子,当邻近分子发生这一过程时,活泼粒子释放出能量,形成化学键[9]。
电子束固化的主要设备是电子加速器。
电子在加速器中被加速,携带高能量与介质分子碰撞,引发介质的交联反应,实现树脂基复合材料的固化。
待固化的材料一般通过传送带或电动小车传送到电子加速器的电子束发射窗口下面接受辐射。
电子束固化过程中的主要参数有:电子加速器能量、功率、辐射剂量率、辐射剂量、待固化材料的密度、厚度及材料本身的化学性质等[9]。
电子束固化具有节省能源、固化迅速、工装简易、工艺灵活性大、工艺匹配性好、无挥发物释放等优点。
作为一种固化方法,电子束固化技术并不能成为一种独立的成型工艺技术,必须与手工铺叠、树脂传递模塑(RTM)、缠绕、铺放、拉挤等工艺方法结合起来,才能成为一类完整的成型工艺技术[1]。
国内外在进行电子束固化树脂基体及其复合材料性能研究的同时,还投入了大量的人力、物力进行电子束固化方法与传统成型工艺方法结合的研究。
作为一种新的复合材料制造技术,电子束固化复合材料制造技术还未得到广泛的实际应用,大多还处于典型构件的制造或试验阶段,仅有少数电子束固化部件得到了应用[1]。
最早应用复合材料电子束固化技术的是法国Aerospatile 公司,该公司将电子束固化与缠绕工艺相结合,进行固体火箭发动机壳体的制造[9]。
近年来,美国对电子束固化技术进行了大量研究。
美国陆军已应用电子束固化工艺成功制造了远程光纤制导导弹(Longfrog)的整体燃料箱及其发动机进气道的样件;美国JSF 计划中的某一机身构件也计划应用电子束固化工艺制造。
加拿大利用电子束固化技术修补A320 飞机的整流罩,显示出比热固化修补更为优异的修补效果[1,9]。
我国在电子束固化技术的研究方面也进行了一些尝试,北京航空材料研究院利用电子束固化复合材料制造了机身下壁板口盖的全尺寸地面试验件,并通过了地面静力和疲劳试验。
复合材料结构修理技术树脂基复合材料用于飞机结构有很多优点,但复合材料也存在固有缺陷。
首先,复合材料制备和零件成型同时完成,因而材料制备过程中的缺陷不可避免地被带到制品中,包括由于工艺过程控制不好、混入脱模剂、零件装配不协调等造成的空隙、分层、脱粘等。
其次,复合材料在使用过程中由于不当使用(如冲击、超载、挤压等和受环境条件影响(如雨蚀、砂蚀、热冲击、雷击、溶剂等),也会形成分层、脱粘、表面氧化、腐蚀坑、边缘损伤、表面鼓泡等缺陷损伤。
树脂基复合材料属于脆性材料,在过载情况下应力重新分配的能力差,甚至在较小的冲击载荷作用下,也可能造成内部分层损伤,这种损伤会降低结构的刚度和强度,其抗压缩强度的降低更加明显。
发展树脂基复合材料结构修理技术,可为复合材料的使用维护提供保证,降低复合材料的使用维护成本[1,7]。
因此,复合材料结构修理技术是复合材料低成本技术的重要组成部分。
复合材料由于在制造过程中工艺控制不当,或在使用过程中受到重物冲击、环境条件等的影响,会造成缺陷和损伤。
表2 给出了复合材料在制造、使用过程中的常见缺陷和损伤[1]。
复合材料经过长时间使用后,如果没有配套的修理技术,一旦出现制造缺陷和使用损伤,就只能报废更换新的复合材料构件,这样会增加复合材料的使用成本[7]。
复合材料的损伤形式与金属材料显著不同,因此不能简单地将传统的金属结构修理方法直接应用于复合材料结构修理,必须根据其损伤特点发展新的修理方法。
采用不恰当的方法修理复合材料结构,往往得不到好的修复效果,甚至会出现修理后结构比原损伤结构的强度更低。
根据构件的结构、缺陷和损伤的类型与大小,采用不同的方法对复合材料构件进行修理。
最常用的方法包括树脂注射、树脂灌注和填充、机械连接贴补、胶接贴补和挖补等[1],这些方法各具特点且分别针对特定的应用对象。
树脂注射修理用于修补复合材料构件的小面积分层和脱胶,其修理效果取决于脱胶和分层形成的原因;树脂灌注填充可用来修理复合材料构件的表面和边缘缺陷、损伤,使面板稳定并密封损伤区,其优点是方便快捷,但不能承受高载荷;机械连接贴补修理具有操作简单、快捷的特点,适于吸湿太大而无法进行胶接处理构件的修理、胶接贴补修理可用于较薄层板、受背面通道限制或有子构件妨碍而不便采用其他方法修补又没有严格外形要求的构件;胶接挖补修理主要用于下列构件的修理:有严格外形表面的构件;有最大连接效率的构件;必须避免载荷集中及偏心的构件;采用贴补会引起厚度超出型线的厚壁构件。