复合材料概论
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复合材料概论1.复合材料的定义:复合材料是一个连续物理相与一个连续分散相的复合,也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合,复合后的产物为固体时才称为复合材料。
2.复合材料的结构:三个“结构层次”:一次结构(由基体和增强材料复合而成的单层材料,其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能);二次结构(单层材料层合而成的层合体,其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何);三次结构(工程结构或产品结构,其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何)。
3、复合材料与传统材料的不同:复合材料既能保持原组分材料的重要特性,又可通过复合效应使各组分的性能相互补充,获得传统材料不具备的许多优良性能。
4.金属基复合材料组成特点:非连续增强金属基复合材料,基体是主要承载物,基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。
因此要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体。
5.无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
6.聚合物基体的种类:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。
7.聚合物基体的组分:主要组分是聚合物,其他组分油固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等。
8.聚合物基体的作用:基体材料通过与增强材料界面间的粘接成为一个整体,并以剪应力的形式向增强材料传递载荷,保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。
9.不饱和树脂聚酯的固化特点:不饱和聚酯树脂的固化是一个放热反应,其过程可以分三个阶段:a.胶凝阶段:从加入促进剂到树脂变成凝胶状态的一段时间,影响凝胶时间的因素有很多,如阻聚剂、引发剂和促进剂的量,环境温度和湿度、树脂的体积、交联剂蒸发损失等。
b.硬化阶段:硬化阶段是从树脂开始凝胶到一定硬度,能把制品从模具上取下为之的一段时间。
c.完全固化阶段:通常在室温下进行,并用后处理的方法来加速,这段时间越长,制品吸水率越小,性能越好。
10.玻璃纤维的结构:玻璃纤维的结构假说有“微晶结构假说”和“网络结构假说”。
复合材料概论全套课件312P一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》一书的第1章“复合材料概述”和第2章“复合材料的组成与结构”。
详细内容包括复合材料的基本概念、分类、性能特点,以及复合材料的基体、增强体、界面等基本组成部分和作用。
二、教学目标1. 了解复合材料的基本概念、分类及性能特点。
2. 掌握复合材料的组成、结构和制备方法。
3. 能够运用所学知识分析复合材料的性能与应用。
三、教学难点与重点教学难点:复合材料的组成、结构和性能关系。
教学重点:复合材料的基本概念、分类、性能特点及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:多媒体课件、黑板、粉笔。
五、教学过程1. 导入:通过展示复合材料在日常生活中的应用实例,激发学生的学习兴趣,引入本节课的主题。
2. 知识讲解:(1)复合材料的基本概念、分类及性能特点;(2)复合材料的组成、结构和制备方法。
3. 例题讲解:分析一个具体复合材料的性能,引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习:设计若干有关复合材料的选择题、填空题和简答题,巩固所学知识。
5. 小组讨论:分组讨论复合材料在实际应用中的优势与局限性,培养学生的团队协作能力。
六、板书设计1. 复合材料基本概念2. 复合材料分类3. 复合材料性能特点4. 复合材料组成与结构5. 复合材料制备方法七、作业设计1. 作业题目:(1)简述复合材料的基本概念及其分类。
(2)解释复合材料的性能特点及其应用。
(3)分析复合材料组成、结构与性能之间的关系。
2. 答案:(2)复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、导电性等特点,广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。
(3)复合材料的性能取决于基体、增强体和界面的性质。
基体负责传递应力,增强体负责提供强度和刚度,界面则是连接基体和增强体的桥梁。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸:鼓励学生查阅相关资料,了解复合材料在新能源、生物医学等领域的应用,拓宽知识视野。
重点和难点解析1. 教学内容的难点与重点;2. 教学过程中的例题讲解;3. 作业设计中的题目和答案;4. 课后反思及拓展延伸。
复合材料概论第一讲复合材料概论一、材料的发展与人类社会的进步材料是人类社会进步的物质基础和先导,是人类进步的里程碑。
综观人类发展和材料发展的历史,可以清楚地看到,每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。
材料的发展与人类进步和发展息息相关。
一万年前,人类使用石头作为日常生活工具,人类进入了旧石器时代,人类战争也进入了冷兵器时代。
7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术,青铜制品广泛地得到应用,同时又促进了人类社会发展,人类进入了青铜器时代。
同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。
5000年前人类开始使用铁,随着炼铁技术的发展,人类又发明了炼钢技术。
十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加,大大促进了机械、铁路交通的发展。
随着二十世纪中期合金钢的大量使用,人类又进入钢铁时代,钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。
核材料的发现,又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛,同时核材料的和平利用,又给人类带来了光明。
二十世纪中后期以来,高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展,又给人类带来了新的材料和技术革命,楼房可以越盖越高、飞机越飞越快,同时人类进入太空的梦想成为了现实。
当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱,它会将人类物质文明推向新的阶段。
二十一世纪将是一个新材料时代。
二、复合材料的提出现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展;同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。
在现代高技术迅猛发展的今天,特别是航空、航天和海洋开发领域的发展,使材料的使用环境更加恶劣,因而对材料提出了越来越苛刻的要求。
例如,航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的作用。
飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破坏力的作用。
复合材料概论第一章总论1.复合材料的定义答:用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分(或称组元)材料通过人工复合组合而成的多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
它既保持了原组分的主要特点,又显示了原组分材料所没有的新性能。
2.复合材料的发展进程(四代的发展)答:第一代复合材料(玻璃纤维增强塑料)第二代复合材料(碳纤维增强塑料)第三代复合材料(纤维增强金属基复合材料)第四代复合材料(多功能复合材料)3.复合材料的特点答:a.复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的b.复合材料是以人工制造而非天然形成的(区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质)c.组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质(区别于化合物和合金).d.复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料e.复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。
复合材料具有新的、独特的和可用的性能,这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的。
4.复合材料结构及分类答:(1)复合材料是由基体相、增强相和界面组成。
这三相的结构与性质、它们的配置方式和相互作用以及相对含量决定了复合材料的性能。
(2)5.相关符号的代表意义答:MMC(Metal Matrix Composite)表示金属基复合材料,FRP(Fiber Reinforced Plastics)表示纤维增强塑料GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep) 表示玻璃纤维/环氧第二章1.复合材料中基体的作用答:1.将纤维粘合为整体并使纤维固定,在纤维间传递载荷,并是载荷均衡;2.决定复合材料的一些性能,如高温使用性能、层间剪切性能、耐介质性能(耐水、耐化学性能)等;3.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择;4.保护纤维免受各种损伤。
2.金属基体选择遵循原则答:(1)金属基复合材料的使用要求(2)金属基复合材料组成特点(3)基体金属与增强物的相容性3.常见金属基体的类型答:(1)结构用金属基复合材料的基体a.用于450 ︒C以下的轻金属基体b.用于450-700 ︒C的复合材料的金属基体c.用于1000 ︒C以上的高温复合材料的金属基体(2)功能用金属基复合材料的基体。
1、复合材料的定义由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。
异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物,明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃,其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃,其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃,0.7~3.5W/m·K。
陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度,金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类从固体力学角度,分为三个“结构层次”:一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构:由基体和增强材料复合而成的单层材料,其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能;二次结构:由单层材料层合而成的层合体,其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何;三次结构:通常所说的工程结构或产品结构,其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求:高性能发动机要求有高强度比、比模量性能,要求具有优良的耐高温性能,能在高温、氧化性气氛中正常工作。
在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热,一定的高温强度等,又要求成本低廉,适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点:对于连续纤维增强金属基复合材料,纤维是主要承载物体,纤维本身具有很高的强度和模量。
对于非连续增强金属基复合材料,基体是主要承载物,基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。
③基体金属与增强物的相容性。
7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系;②纤维与水泥的弹性模量比不大;③水泥基材的断裂延伸率较低,仅是树脂基体的1/10~1/20;④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料,与纤维呈点接触,故纤维的掺量受到很大限制;⑤水泥基材呈碱性,对金属纤维可起保护作用,但对大多数矿物纤维是不利的。
复合材料概论全套课件312P可编辑一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》教材的第6章“复合材料的力学性能”和第7章“复合材料的界面与优化”。
详细内容包括复合材料的基本力学概念、复合材料的应力与应变关系、复合材料的强度与刚度特性、复合材料界面的基本理论、界面控制与优化方法等。
二、教学目标1. 理解复合材料的基本力学性能,掌握其应力与应变关系。
2. 了解复合材料的强度与刚度特性,学会分析复合材料的力学行为。
3. 掌握复合材料界面的基本理论,了解界面控制与优化方法。
三、教学难点与重点教学难点:复合材料的应力与应变关系,复合材料界面的基本理论。
教学重点:复合材料的力学性能,界面控制与优化方法。
四、教具与学具准备1. 教具:多媒体课件、复合材料样品。
2. 学具:教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入(5分钟):通过展示复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域的应用,引导学生了解复合材料的优势与重要性。
2. 例题讲解(15分钟):讲解第6章和第7章的典型例题,让学生掌握复合材料力学性能的计算方法和界面控制与优化策略。
3. 随堂练习(15分钟):让学生根据例题进行随堂练习,巩固所学知识。
5. 课堂互动(10分钟):邀请学生分享自己的学习心得,对复合材料的应用前景进行讨论。
六、板书设计1. 板书《复合材料力学性能与界面优化》2. 主要内容:复合材料力学性能基本概念应力与应变关系复合材料强度与刚度特性复合材料界面基本理论界面控制与优化方法七、作业设计1. 作业题目:(1)简述复合材料的基本力学性能。
材料:碳纤维增强塑料,E1=70GPa,E2=10GPa,v12=0.25。
尺寸:单向板,长L=200mm,宽b=20mm,厚h=2mm。
载荷:拉伸力F=100N。
(3)论述复合材料界面控制与优化方法。
2. 答案:(1)复合材料的基本力学性能包括强度、刚度、韧性等。
(2)应力:σ1=σ2=F/L;应变:ε1=ε2=F/(E1bh)。
2024年《复合材料概论》课件0222.一、教学内容本课件基于《复合材料概论》教材第6章“复合材料的力学性能”展开。
详细内容包括:6.1节复合材料的基本力学概念;6.2节复合材料的弹性常数;6.3节复合材料的强度与破坏准则;6.4节复合材料的疲劳性能;6.5节复合材料的热力学性能。
二、教学目标1. 理解复合材料的基本力学概念和力学性能特点;2. 掌握复合材料弹性常数、强度与破坏准则的计算方法;3. 了解复合材料疲劳性能和热力学性能的基本知识。
三、教学难点与重点重点:复合材料的弹性常数计算,强度与破坏准则分析。
难点:复合材料疲劳性能和热力学性能的理解。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT课件,复合材料样品,力学性能测试视频;2. 学具:笔记本电脑,教材,计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入:展示复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用,引导学生思考复合材料的力学性能优势。
2. 例题讲解:a) 计算6.2节中给出的复合材料弹性常数;b) 分析6.3节中复合材料强度与破坏准则;3. 理论知识讲解:详细讲解 6.16.5节内容,期间进行随堂练习;4. 随堂练习:针对弹性常数、强度与破坏准则的计算题,巩固所学知识;5. 学生提问与解答:鼓励学生提问,解答学生在学习过程中遇到的问题;六、板书设计1. 课堂主题:复合材料的力学性能2. 板书结构:a) 复合材料基本力学概念;b) 弹性常数计算方法;c) 强度与破坏准则;d) 疲劳性能与热力学性能。
七、作业设计1. 作业题目:a) 计算给定复合材料的弹性常数;b) 分析给定复合材料样品的强度与破坏准则;2. 答案:见附件。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思:通过本次教学活动,反思教学方法和教学效果的优劣,不断优化教学过程;2. 拓展延伸:a) 探索复合材料在其他领域的应用;b) 了解复合材料力学性能的最新研究动态。
重点和难点解析1. 教学难点与重点的确定;2. 例题讲解和随堂练习的选择;3. 作业设计;4. 课后反思及拓展延伸。
复合材料概论
复合材料是指由两种或两种以上的基体构成的综合材料,具有单体材料无法比拟的机械性能及其它物理性能。
复合材料大致可分为有机复合材料、无机复合材料和特殊复合材料三大类。
有机复合材料是指由有机无机混合物、聚合物、天然高分子或其它有机材料构成的复合材料,如树脂基复合材料、橡胶复合材料、植物维纶复合材料等。
无机复合材料是指由非金属无机金属基体、非金属无机非金属基体、金属无机金属基体等构成的复合材料,其中矿物复合材料是最常用的类型,它由无机矿物和高分子的共混体构成。
特殊复合材料是指特定用途的复合材料,比如水性复合材料、芯片复合材料等。
复合材料和许多其它传统材料不同,它具有非常糟糕的机械性能,能有效保护结构性能,并保证了质量和外观的美观性。
它的定义不仅是有效利用存在的资源,还可以开发新的功能,可以使复合材料成为许多行业的必备材料。
近年来,由于现代技术的进步,复合材料获得了大量的研究,可以用于汽车、航空航天、海洋等行业,并且复合材料还在不断地发展和改进,使用户可以获得更好的性能和效率。
复合材料概论全套课件312P可编辑一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》教材的第三章“复合材料的种类与性能”,具体内容包括复合材料的定义、分类、基本性能特点,以及不同类型的复合材料在工业中的应用。
二、教学目标1. 理解复合材料的定义,掌握复合材料的基本分类和性能特点。
2. 学会分析不同类型复合材料的应用场景,提高学生的实际应用能力。
3. 培养学生的创新意识,激发他们对复合材料研究的兴趣。
三、教学难点与重点难点:复合材料的性能特点及其在不同领域的应用。
重点:复合材料的分类、性能特点及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT课件、实物样品、演示文稿。
五、教学过程1. 导入:通过展示一些生活中常见的复合材料制品,引发学生的思考,引入本节课的主题。
教学细节:让学生观察并讨论这些制品的特点,提出问题,引导学生思考。
2. 知识讲解:(1)复合材料的定义及分类。
(2)复合材料的基本性能特点。
(3)不同类型复合材料的应用。
教学细节:结合PPT课件和实物样品,详细讲解相关知识,穿插例题讲解。
3. 随堂练习:针对本节课的知识点,设计相关练习题,巩固所学内容。
教学细节:让学生独立完成练习题,教师巡回指导,解答疑问。
4. 案例分析:分析一个具体复合材料应用的案例,让学生了解复合材料在实际工程中的应用。
教学细节:鼓励学生提问,针对问题进行解答,引导学生深入探讨。
六、板书设计1. 复合材料的定义与分类。
2. 复合材料的基本性能特点。
3. 不同类型复合材料的应用。
七、作业设计1. 作业题目:(1)简述复合材料的定义、分类及性能特点。
(2)举例说明复合材料在生活中的应用。
2. 答案:分类:按基体材料分,可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、高分子基复合材料等。
性能特点:轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨、导热性差等。
(2)复合材料的应用:如碳纤维增强复合材料在航空航天、汽车制造、体育器材等领域的应用。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的定义、分类、性能特点和应用,使学生掌握了复合材料的基本知识。
1、复合材料:是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2、反玻璃化:许多无机玻璃可以通过适当的热处理使其由非晶态转变为晶态,这一过程称为反玻璃化。
3、不饱和聚酯树脂:是指由线型结构的,主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚酯物。
4、热塑性树脂:是指具有线型或支链型结构的那一类有机高分子化合物,这类聚合物可以反复受热软化,而冷却后变硬。
5、增强材料:在复合材料中,凡是能提高基材料力学性能的物质,均称为增强材料。
6:、微晶结构假说:微晶结构假说认为玻璃是由硅酸或二氧化硅的微晶子组成,在微晶子之间由硅酸块过冷溶液所填充。
7、网络结构假说:认为玻璃是由二氧化硅的四面体氧硅三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络,网络的空隙由Na、K、Ca、Mg等填充。
8、捻度:捻度是指单位长度内纤维与纤维之间所加的转数,以捻/米为单位。
9、碳纤维:是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳,是一种非金属材料。
10、复合材料的界面:指基体与增强物之间化学成分有显著变化的构成彼此结构的能起载荷传递作用的微小区域。
11、RTM成型工艺:RTM是由计量设备分别从储桶内抽出,经静态混合器混合均匀,注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内,经固化、脱模后加工而成制品。
12、缠绕工艺:将浸过树脂胶液的连续纤维或布带按照一定规则缠绕到芯模上,然后固化脱模成为增强塑料制品的工艺过程。
13、金属基复合材料:是以金属为基体,以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料。
14、固体电阻:把碳等导电粒子分散在陶瓷等绝缘性基体中制成的电阻叫固相电阻。
15、碳/碳复合材料:由碳纤维或者各种碳织物增强碳或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积碳所形成的复合材料。
16:、化学蒸气沉积法:将甲烷之类的烃类气体混合氢氩之类的载气于1000—1100度进行热分解,在胚体的空隙中沉碳。
1、复合材料的共同特点是是什么?答:1)综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能具有天然材料所没有的性能;2)可按对材料性能的需要进行材料的设计与制造;3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。
复合材料概论第一章概论复材制造技术的特点复合材料是树脂基和增强体纤维按一定比例复合而成的特点:(1)材料和产品形状的生成是同步完成的(2)产品制造质量的影响因素错综复杂(3)对产品制造缺陷进行修复的空间窄小,复合材料内部纤维如在修复过程中被切断,在尺寸超出容差范围情况下可以通过机械加工将产品尺寸修复到要求范围,但是加工后的组分(纤维连续性,纤维/树脂相对比例),一般会相差甚远;热固性树脂一旦固化,降低粘度以重视流动性的可能就不复存在(4)存在特殊制造过程数字化和自动化问题(5)提供实现高度整体化产品的可能性复材制造技术的类型所采用的增强纤维是连续纤维还是短切纤维预浸料中的纤维通过所浸树脂的粘性而黏附于预浸料载体之上,后续铺叠操作中,纤维不易发生滑移和弯曲。
预浸料所制的产品内部纤维方向的准确性和一致性可以得到有效控制。
由于预浸料具有各向异性的力学性能,广泛使用于高性能结构设计的产品当中。
RTM RTI VARI 树脂转移成型工艺第二章预浸料的制造方法预浸料的概述定义:增强纤维经过浸渍树脂后形成的片状、带状或束状材料,预浸料固化后形成复合材料。
(1)热压罐成型工艺为主要固化成型工艺方法。
(2)真空压力成形:将预浸料叠层用真空袋封装后,通过抽真空加压,在要求的温度下固化成型。
优点:成本比热压罐成型低。
(3)模压成形:将预浸料叠层放入闭合模具中,再将模具置于压机上,并在要求的温度和压力下固化成形。
优点:制件尺寸精度高,表面光洁。
发展趋势:1、提高预浸料的韧性;2、大力发展真空袋成形;3、自动铺丝、自动铺带代表的自动化制造技术预浸料。
增强体纤维:碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维。
热固性树脂:1、酚醛树脂:耐热、耐燃,自灭,电绝缘性能好,化学稳定性好,优异的阻燃性能。
2、环氧树脂:种类多和牌号多,性能各异。
3、双马来酰亚胺树脂:150-220℃长期使用。
4、聚酰亚胺树脂:耐高温耐磨。
5、氰酸酯树脂:优良高温力学性能,不同的结构会有不同的性能,常温下呈固态或者半固态,也有某些品种为液体。
热塑性树脂:具有受热软化、冷却硬化的性能,而且不起化学反应,无论加热和冷却重复进行多少次,均能保持这种性能。
凡具有热塑性树脂其分子结构都属线型。
它包括含全部聚合树脂和部分缩合树脂。
预浸料制备工艺方法:1、热固性树脂预浸料制备工艺连续浸渍法是一种连续制备预浸料的方法,生产效率高,适用于大批量生产预浸料。
基本过程是:丝束从纱架上分丝后,进入装有胶液的浸渍槽,经压实,最后收卷。
2、溶液法预浸料制备工艺溶液法制备预浸料存在制备工序繁杂、制备效率低、树脂含量控制难度大等缺点。
另外,溶液法制备预浸料时,在树脂中加入了大量溶剂,容易造成环境污染,给工作带来危害。
3、热熔法预浸料制备工艺热熔法制备的预浸料分含量低,复合材料中空隙的来源主要是预浸料铺层时裹入的空气和预浸料中树脂从环境中吸收的水分。
这些夹杂空气和水分在温度升高时会发生膨胀和汽化,产生气泡并最终形成空隙。
热压罐外压,树脂和纤维承受树脂压力。
树脂压力抑制气泡的形成。
树脂压要大于临界树脂压力,与温度有关。
4、胶膜法两步法是先将熔融后的树脂均匀涂覆在离型纸上制成树脂模,然后树脂模和纤维以“三明治”结构复合,树脂在热压辊作用下熔融浸渍纤维形成预浸料。
胶黏剂(环氧胶黏剂,双马胶黏剂)作用:1、将结构元素组合为一体;2 、提高结构元素界面的性能,强度和韧性。
填充材料:1、整体结构中填充材料的位置;2、一般整体结构R区的填充材料多为单向带预浸料;3、高韧性填充材料。
第三章铺层固化预浸料铺层时指用连续排列的平行纤维或编织布浸渍树脂基体制成的层片,在复合材料中通常以单向预浸带或预浸布的形式提供。
1、铺层组:多个具有相同特性的铺层构成的连续铺层。
2、坐标方向与铺层方向:定义方向坐标系来实现的,“45”“0”“90”“-45” 4个方向。
3、铺层顺序:铺层在层合板中的铺叠排列顺序,层合板铺层结构的具体体现。
4、铺层递减:针对给定的使用要求,选择,铺层比,确定铺层顺序和铺层递减等细节的层合板设计过程。
固化成型抽真空:通过抽真空产生负压,对产品均匀加压,同时去除铺层间气体,使产品更加密实、力学性能更好。
产品尺寸较大,通常每铺2-3层进行预压实一次,时间3-5分钟。
热压罐加压原理:利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料毛坯件进行加热、加压以完成固化成形的方法。
压力容器投资大。
工艺流程:模具准备--预浸料裁切--预浸料铺层--预压实---抽真空打袋---固化成型---脱模----后处理----无损检测(孔隙率)---称重----终检---包装每一层要用橡胶板或刮板将预浸料展开刮平,尽量出去层间的空气,必要时可用电吹风辅助铺层。
1、固化压力:根据不同树脂基体材料选择合理的固化压力能有效地控制纤维体积含量和降低孔隙率。
2、固化温度和保温时间:对基体来说固化成都提高意味着交联密度的增加,玻璃化转变温度提高,层间强度和耐热性提高。
3、升温/降温速率:应该根据所用材料的特性、制件厚度和尺寸大小来综合考虑升温速率。
4、真空度:有利于材料内部气泡的排出。
固化前真空袋进行真空度检查是非常重要的环节。
工艺质量控制:1、原材料质量控制2、设备及模具控制3、操作人员控制4、工艺控制5、环境6、缺陷产生及控制方法1)内部质量缺陷: a.非等厚层板缺陷分析;b.曲率之间缺陷分析。
2)固化变形缺陷:a.热变形; b.树脂固化收缩;c.温度梯度和树脂固化度;d.压力分布于树脂流动;e.模具与制件的相互作用。
固化缺陷:由固化变形导致的尺寸变化,包括翘曲和回弹,从过程诱导力和变形产生机理可分为热应力,固化收缩应力,温度梯度与固化度,压力分布和树脂流动,模具与制件的相互作用等。
褶皱:纤维层没有贴平滑,出现粘黏形成褶皱的现象。
架桥:纤维层之间或者纤维与模具之间不贴实出现空隙的现象。
翘曲:固化之后的制件由于应力不均匀等出现的不与模具型面相符的翘曲现象。
第四章成型模具的结构设计和制造成型模具的材质:1.普通钢:制造简单,组合精度差。
2.殷钢:膨胀系数小,强度硬度不高,导热系数低,塑性韧性高。
3.铝合金:热膨胀系数大,不适用于对型面尺寸要求较高零件的成形模具材料硬度较低,成型模具在使用过程中以备,使用寿命较短4.复合材料:比强度,比模量高,热膨胀系数小,可设计性好,易于整体成型。
5.碳泡沫:低密度,高热导率。
6.热膨胀橡胶设计原则:模具的结构设计与制造:方形大开口形式一般用于型面曲率较小的模具,优点是通风效果好,重量最轻;斜筋开口和十字筋开口主要用于对刚度要求较大或需要局部加强的区域。
成型工艺适用性:主要看成型工艺与所设计的模具是否合适,以及操作难度的问题。
系统评价特征主要指反映结构固化质量的描述属性,包括:纤维体积含量、厚度分布、孔隙率、温度分布、固化变形、固化度、固化度分布和残余应力。
优点和局限性优点:1.预浸料是树脂在严格控制的条件下浸渍增强材料,树脂含量可以精确控制,制品、纤维体积分数可控。
2.预浸料的可设计性,可根据产品强度和刚度要求进行设计,充分发挥纤维的性能3.预浸料可以直接使用,劳动强度减少,工作条件改善性能稳定,可以保证产品重复生产,质量稳定4.进料浸渍完全,无气泡,可生产出优质表面产品。
5.孔隙率低,可以提高制品的品质和均衡性。
局限性:1.复杂结构可铺覆性的局限性2.复杂结构纤维取向的局限性3.厚度尺寸精确控制的局限性4.厚度方向增强的局限性第五章结构的整体化制造技术概述结构元件:梁、墙、桁、肋、框、蒙皮。
整体化结构的特殊接头、整体化制造技术的难点及对策、模具技术、整体化结构应用注意的一些问题。
第六章制造技术的自动化和数字化概述先进复合材料具有重量轻、高强度、高模量、结构功能一体化和设计制造等优点,可可有效减轻飞机结构重量、提高飞机的可靠性,复合材料在飞机上的用量日益增多、应用范围从次承力结构发展到承力结构,复合材料的用量的多少已经成为飞机先进性的重要技术指标之一。
自动铺带技术:平面铺带技术、曲面铺带技术。
自动铺带机:自动铺带机不仅要精确控制铺带头运动轨迹,而且要实现铺带头内部预浸带输送、铺放和切割等运动,并可对预浸带质量(宽度、夹杂、缺纱等)、预浸带进给、切割质量、成型温度、成型压力和铺带间隙等技术指标进行精确控制。
自动铺带材料:预浸料自动铺带编程系统:铺带规划、铺带编程、后置处理自动铺带工艺的实施:缠绕成型、自动铺放成型(铺带、铺丝)、拉挤、编织、缝合和RTM等。
自动铺丝工艺技术:压辊压力和预浸带加热温度及铺放速度。
自动铺放工艺过程中的监控技术、铺放工艺过程中的计算机模拟也是重要指标。
第七章复合材料产品的质量控制概述生命周期三个阶段:设计、制造、使用。
质量控制复合材料质量控制的困难:1.复合材料的制造缺陷的形成机理研究还不够透彻;2.复合材料产品的制造缺陷的影响因素机器影响规律研究还不够深入;3.复合材料产品检测手段凸显不足。
缺陷类型:1.可量化缺陷:气孔、分层、富脂、贫胶、夹杂。
2.不可量化缺陷:空隙。