復合材料成形PPT學習教案

1、會計學1復合材料成形復合材料成形基體材料性能： 強度、彈性模量、化學穩(wěn)定性 增強體特征：包括增強體的類型、粗細、強度類型、粗細、強度和 彈性模量彈性模量等。增強纖維越細，復合材復合材 料的強度越高，剛度越大；增強體顆料的強度越高，剛度越大；增強體顆粒粒 細些，增強效果就會好些細些，增強效果就會好些，顆粒直徑 一般為0.010.1mm時增強效果最好。 組成物比例及分布等： 增強體增強體在復合材料中的含量含量、 排列方式排列方式和方向方向以及和基體間的界面基體間的界面 粘結(jié)狀況粘結(jié)狀況等都直接影響到復合材料的性能，應(yīng)進行適當控制 。成形方法和工藝參數(shù)：不同不同的復合材料合材料應(yīng)選擇合適合適的成 形

2、方法方法和工藝參數(shù)工藝參數(shù)（壓力、固化溫）。 第1頁/共17頁7.1.2 復合材料的復合原則 為獲得最佳的強度、剛度和韌性，纖維增強復合材料的生產(chǎn)應(yīng)遵循下述原則： 1纖維的性能： 應(yīng)具有高強度和高剛度。有時還要 求纖維的密度小，耐熱性好。 應(yīng)用較多的纖維有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維等 （2）基體對纖維應(yīng)有一定的粘結(jié)性能，并能保護纖維表面不受損傷。2基體的性能（1）基體應(yīng)有一定的塑性和韌性，以防纖維斷裂時裂紋擴展。v 聚合物和金屬能較好地滿足上述要求。 第2頁/共17頁3 3纖維與基體間應(yīng)纖維與基體間應(yīng)有合適的結(jié)合強度有合適的結(jié)合強度，以利于載荷由基體向纖維傳遞，充分發(fā)揮纖維的增強作用4

3、 4纖維必須有合理的含量、尺寸和分布纖維必須有合理的含量、尺寸和分布(1)纖維的含量：通常纖維的體積容量越大，增強效果越好。 (2)纖維的尺寸：纖維的直徑越小、越長，增強效果越好。 (3)纖維的分布：纖維的排列可采用不同方向交叉層疊方式， 以達到多方向的增強效果。第3頁/共17頁1材料制備與制品成形同時完成 形狀復雜的大型制品往往能一次整體成形，工藝簡單、生產(chǎn)周期短、成本低。由于減少甚至取消了接頭，應(yīng)力集中小、制品質(zhì)量輕、剛度和耐疲勞性高。2材料性能的可設(shè)計性 通過對產(chǎn)品的分析選擇相應(yīng)的基體材料和增強材料和合基體材料和增強材料和合適的比例適的比例；并設(shè)計合理的排列方向和層數(shù)合理的排列方向和層數(shù)

4、，選用合適的復合復合工藝和參數(shù)工藝和參數(shù)，可使制品結(jié)構(gòu)合理、安全可靠，且有較好的經(jīng)濟性，從而為材料和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計。7.1.3 復合材料成形的工藝特點復合材料成形的工藝特點 原材料到形成制品一般都要經(jīng)過原材料制取、生產(chǎn)準備、制品原材料制取、生產(chǎn)準備、制品成形、固化、脫模和修整、檢驗成形、固化、脫模和修整、檢驗等階段。7.2 復合材料成形方法復合材料成形方法第4頁/共17頁7.2.1 樹脂基復合材料的成形方法樹脂基復合材料是以樹脂為基體樹脂為基體、纖維為增強體纖維為增強體復合而成的。 1手糊法手糊法 鋪一層增強材料增強材料刷一次樹一次樹脂脂，直至所需層數(shù)，最后進行固化、脫模、修整和檢驗固化、

5、脫模、修整和檢驗得到所需制品。 特點： 設(shè)備簡單，不受制品尺寸限制，勞動條件差，制品質(zhì)量不穩(wěn)定、強度較低。 適用于大型制品的小批量、大型制品的小批量、多品種多品種生產(chǎn)。 一般用來成形船體、浴盆、波紋瓦、汽車殼體、風船體、浴盆、波紋瓦、汽車殼體、風機葉片機葉片等，是使用最早和目前仍廣泛應(yīng)用的一種成形方法 1-1-模具模具 2-2-脫模劑脫模劑 3-3-膠衣層膠衣層 4-4-玻璃纖維玻璃纖維5-5-手動壓輥手動壓輥 6-6-樹脂樹脂 第5頁/共17頁2噴射法噴射法 將手糊法成形操作中的糊制工序糊制工序改由噴槍噴槍完成，將纖維和樹脂液同時噴到模具纖維和樹脂液同時噴到模具上，再經(jīng)壓實、固化壓實、固化得

6、到制品。 通常噴射速率為210kg/min。 優(yōu)點：噴射法成形為半機械化操作，生產(chǎn)率高；制品的飛邊少，無搭縫；整體性好。 缺點：樹脂含量高；制品強度低；且操作現(xiàn)場粉塵大；工作環(huán)境差。 1 1模具模具 2 2、5 5噴嘴噴嘴 3 3纖維纖維4 4切割器切割器 6 6手動壓輥手動壓輥 7 7制品制品 第6頁/共17頁3袋壓法袋壓法 將手糊法成形的制品或預浸料（預浸樹脂的纖維或織物）放到模具模具內(nèi)，并在制品上覆蓋橡膠袋覆蓋橡膠袋或塑料袋塑料袋，將氣體壓氣體壓力施加到尚未固化的制品表面力施加到尚未固化的制品表面使其成形的工藝方法 。 制品兩面都比較平滑，質(zhì)量好；成形周期短、適應(yīng)的樹脂類型廣且制品的形狀

7、可較復雜。成本較高，制品尺寸也受到設(shè)備的限制。 (1) (1) 真空袋壓法真空袋壓法1真空泵 2、8坯件 3柔性膜 4、5模具 6壓力袋 7空氣壓縮機 (2) (2) 壓力袋壓法壓力袋壓法 第7頁/共17頁4纏繞法纏繞法 將連續(xù)纖維或布帶浸漬樹脂連續(xù)纖維或布帶浸漬樹脂后，按照一定規(guī)律纏纏繞到芯模繞到芯模上，通過固化、脫模固化、脫模而得到制品的方法。 纏繞法目前主要用于纏繞圓柱體、球體等回轉(zhuǎn)體纏繞圓柱體、球體等回轉(zhuǎn)體制品制品，如壓力罐、筒，貯罐和火箭發(fā)動機殼體壓力罐、筒，貯罐和火箭發(fā)動機殼體等。 特點：制品比強度大、精度高、質(zhì)量好且易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。但制品軸向難以增強，設(shè)備投資較大。1-芯模 2

8、-樹脂 3-輥輪 4-纖維第8頁/共17頁5模壓法模壓法 將已干燥的浸膠纖維或織物干燥的浸膠纖維或織物等放入金屬模具放入金屬模具內(nèi)，通過加熱、加壓加熱、加壓使樹脂塑化和熔融流動樹脂塑化和熔融流動成形，經(jīng)固化固化獲得制品。 7.2.2 金屬基復合材料的成形方法 金屬基復合材料是以金屬為基體金屬為基體，采用纖維、顆粒纖維、顆粒等作為增強體等作為增強體經(jīng)復合而成的。 特點：模壓法制品尺寸精確、表面光滑、力學性能高。 應(yīng)用：模壓法工藝簡便、應(yīng)用廣泛，常用于制造船體、罩船體、罩殼殼 和汽車車身和汽車車身等制品。第9頁/共17頁1等離子噴涂法等離子噴涂法 在惰性氣體惰性氣體保護下，由等離子弧向排列整齊的纖

9、維噴射熔融等離子弧向排列整齊的纖維噴射熔融金屬金屬，待其冷卻凝固后形成復合材料的方法。 特點特點：界面結(jié)合緊密，成形過程中纖維不受損傷，但基體組織不夠致密。 2液態(tài)滲透法液態(tài)滲透法 以金屬液滲入增強體金屬液滲入增強體制成復合材料的方法，可以通過多種鑄造方法來實現(xiàn) 用于制造長、短纖維增強制造長、短纖維增強以及混雜增強以及混雜增強的金屬基復合材料，并能制造形狀復雜能制造形狀復雜的制品。 設(shè)備比較復雜，周期較長，制造大尺寸制品困難。 真空壓力鑄造法原理真空壓力鑄造法原理1 1加熱元件加熱元件 2 2鑄型鑄型 3 3纖維預制件纖維預制件 4 4冷卻塊冷卻塊 5 5熔融金屬熔融金屬 第10頁/共17頁3

10、熱壓擴散結(jié)合法熱壓擴散結(jié)合法 在高溫高溫下，對排布好的纖維和金屬基體排布好的纖維和金屬基體施加靜壓力，使纖纖維和金屬維和金屬產(chǎn)生原子擴散和少量塑性變形原子擴散和少量塑性變形以完成粘接的成形方法。 加熱溫度低、纖維不易損傷，金屬對纖維的潤濕性和纖維的取向性好，但生產(chǎn)周期長。 是鈦基、鎳基等熔點較高的金屬是鈦基、鎳基等熔點較高的金屬最主要的復合方法。 用于制造板材、型材及形狀復雜的壁板、葉片等。制造板材、型材及形狀復雜的壁板、葉片等。a）纖維與金屬箔復合 b）有金屬鍍層的纖維復合1、3纖維 2金屬箔 4金屬鍍層 第11頁/共17頁7.2.3 陶瓷基復合材料的成形方法 陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體陶

11、瓷為基體，采用纖維、顆粒等作為纖維、顆粒等作為增強體增強體經(jīng)復合而成的。1粉漿浸滲法粉漿浸滲法 將纖維增強體編織成所需形狀，用陶瓷漿料浸滲，干燥后進行燒結(jié)。 不損傷增強體，無需模具且工藝簡單，但制品的密度和力學性能不夠高。2熱壓燒結(jié)法熱壓燒結(jié)法 將纖維或織物增強體用陶瓷漿料浸漬后組成一定結(jié)構(gòu)的坯體，經(jīng)干燥后在高溫、高壓下燒結(jié)成制品。 制品的密度和力學性能均較高。第12頁/共17頁3反應(yīng)燒結(jié)法反應(yīng)燒結(jié)法 ： 使已與增強材料混合的熔融金屬直接氧化或氮化制成復合材料。反應(yīng)產(chǎn)物最初在金屬與氣相界面形成，然后不斷向金屬內(nèi)部擴展，直至形成相互貫通的呈三維網(wǎng)絡(luò)的陶瓷基復合材料。 成本較低、工藝簡單；制品收縮

12、很小、形狀和尺寸不限；常溫性能好。但制品的高溫強度不高。第13頁/共17頁7.3 復合材料制品的結(jié)構(gòu)工藝性復合材料制品的結(jié)構(gòu)工藝性 1 1纖維的分布應(yīng)滿足承載要求纖維的分布應(yīng)滿足承載要求 采用短切纖維或采用連續(xù)長纖維在幾個方向上交叉鋪設(shè)，以使制品近似獲得各向同性。 為提高板、殼面內(nèi)的抗剪能力，通常纖維的縱向應(yīng)與板、殼的框、肋成45角。 2 2構(gòu)件彎折處應(yīng)采用圓角過渡構(gòu)件彎折處應(yīng)采用圓角過渡 避免彎折處應(yīng)力集中和彎折處樹脂聚積或缺膠使 強度降低現(xiàn)象3 3盡量采用整體結(jié)構(gòu)盡量采用整體結(jié)構(gòu) 有利于簡化制品結(jié)構(gòu)、減少連接件數(shù)量和簡化生產(chǎn)工藝，有利于減輕制品質(zhì)量、降低成本和提高制品的使用性能。 4 4采用剛性較好的結(jié)構(gòu)采用剛性較好的結(jié)構(gòu) 提高構(gòu)件的承載能力和尺寸穩(wěn)定性。第14頁/共17頁7.4 復合材料制備與成形技術(shù)的發(fā)展趨勢復合材料制備與成形技術(shù)的發(fā)展趨勢 7.4.1 復合材料的智能化生產(chǎn)技術(shù) 在同一過程中進行材料設(shè)計和制造出零部件或器件。對材料的組織性能和制