復(fù)合材料基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、本次教學(xué)內(nèi)容分為三個部分：本次教學(xué)內(nèi)容分為三個部分： 第一部分第一部分 復(fù)合材料的基本概念和復(fù)合材料的基本概念和 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 第二部分第二部分 復(fù)合材料制造與維修的復(fù)合材料制造與維修的 相關(guān)知識相關(guān)知識 第三部分第三部分 復(fù)合材料的維修復(fù)合材料的維修第一章第一章 復(fù)合材料的定義復(fù)合材料的定義一、復(fù)合材料的定義 定義：將定義：將兩種或兩種以上兩種或兩種以上組織結(jié)構(gòu)不同的物組織結(jié)構(gòu)不同的物 質(zhì)，質(zhì)，自然地或人為地自然地或人為地構(gòu)成構(gòu)成性質(zhì)不同性質(zhì)不同的的 另一種另一種多相多相材料稱之為復(fù)合材料。材料稱之為復(fù)合材料。二、常見復(fù)合材料舉例 自然形成的復(fù)合材料：自然形成的復(fù)合材料： 木材（各種樹干

2、）、竹子、各種植物的 莖等 人為加工的復(fù)合材料：人為加工的復(fù)合材料： 泥巴墻：將泥土涂在蘆葦編織的網(wǎng)格上 混凝土：石子、水泥、(鋼筋) 現(xiàn)代工業(yè)常用的先進(jìn)的復(fù)合材料：現(xiàn)代工業(yè)常用的先進(jìn)的復(fù)合材料： 玻璃鋼：玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂 芳綸纖維、硼纖維、碳纖維等增強(qiáng)樹脂第二章第二章 復(fù)合材料的分類與簡介復(fù)合材料的分類與簡介 復(fù)合材料主要由兩部分組成：增強(qiáng)體增強(qiáng)體+基體；基體； 其分類方法較多，其中最常用的是按基體和增強(qiáng)體類型分，如： 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料； 夾層增強(qiáng)復(fù)合材料； 纖維（連續(xù)纖維和短纖維）增強(qiáng)復(fù)合材 料； 樹脂基復(fù)合材料， 金屬基復(fù)合材料， 陶瓷基復(fù)合材料， 還有比較特殊的先進(jìn)碳基復(fù)合材料：

3、碳基復(fù)合材料，表示方法為：C/C； 一一、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 將各種形狀的增強(qiáng)顆粒嵌鑲在基體中構(gòu)成 的多相材料。二、夾層復(fù)合材料二、夾層復(fù)合材料 1. 夾層板復(fù)合材料，如三合板等。 2. 夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由兩部分組成：面板+芯材 面板：樹脂基復(fù)合材料板、鋁合金板、 不銹鋼板、鈦合金板及高溫合金板等。 芯材：泡沫、波紋板、蜂窩芯等。 蜂窩結(jié)構(gòu)的作用 蜂窩結(jié)構(gòu)其作用主要是減輕結(jié)構(gòu)重量，提高 結(jié)構(gòu)的抗彎剛度。 蜂窩夾芯的材質(zhì)及類型 蜂窩夾芯是夾層復(fù)合材料中最常用的夾芯結(jié) 構(gòu)，形狀有六角形、菱形、矩形等。按制造 材料不同，有鋁蜂窩、芳綸紙蜂窩和玻璃布 蜂窩等。三、纖維

4、增強(qiáng)復(fù)合材料三、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所用纖維有玻璃纖維、碳 纖維（石墨纖維）、芳綸纖維、硼纖維等。 1. 纖維增強(qiáng)原理纖維增強(qiáng)原理 物質(zhì)強(qiáng)度理論認(rèn)為：物質(zhì)強(qiáng)度理論認(rèn)為： 材料的強(qiáng)度取決于物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 的完整性（雜質(zhì)、位錯、其它缺陷等）。 2纖維的種類與性能簡介纖維的種類與性能簡介 碳纖維碳纖維 20世紀(jì)60年代,英國首先研制成功碳纖維，繼而日本又以聚丙烯腈（PAN）為基礎(chǔ)研制出PAN基碳纖維。飛機(jī)結(jié)構(gòu)上主要采用聚丙烯腈基碳纖維，此類碳纖維從性能上可分為高強(qiáng)度型、超高強(qiáng)度型、高模量型等。下表給出了典型碳纖維的品種與性能。表1-1幾種典型碳纖維性能數(shù)據(jù) 纖維類型纖維性能高強(qiáng)度型

5、高彈性模量高彈性模量高應(yīng)變型密度（Kg/m3）17001800180019001900210017001800纖維直徑(m)78788958拉伸彈性模量(GPa)220250340380520550240270抗拉強(qiáng)度(Gpa)2.53.52.22.41.81.94.04.7斷裂延伸率(%)1.21.40.60.70.30.41.71.8 電阻率(/m)151891067線脹系數(shù)(10-6/) 0.5 0.7 0.6 0.5 碳纖維的性能碳纖維的性能 目前飛機(jī)上使用的復(fù)合材料以碳纖維目前飛機(jī)上使用的復(fù)合材料以碳纖維/環(huán)氧樹脂為代表，環(huán)氧樹脂為代表，它具有比較高的比強(qiáng)度和比模量它具有比較高的比強(qiáng)

6、度和比模量，可使飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重可使飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量大幅度下降。量大幅度下降。芳綸纖維（芳綸纖維（Aramid） 該纖維是美國杜邦（DUPONT）化學(xué)公司1968年推出的一種高強(qiáng)度、高模量和低密度的有機(jī)纖維。主要品種有： KevLar 29、 KevLar 129、KevLar 49、 KevLar 149。（凱夫拉爾） 前兩種主要用作輪胎簾子線，后兩種可用在飛機(jī)上。 芳綸纖維的應(yīng)用芳綸纖維的應(yīng)用 由于芳綸纖維的一系列優(yōu)點(diǎn)，自由于芳綸纖維的一系列優(yōu)點(diǎn)，自70年代以來，年代以來，很多機(jī)種的玻璃纖維復(fù)合材料已由芳綸纖維復(fù)很多機(jī)種的玻璃纖維復(fù)合材料已由芳綸纖維復(fù)合材料所取代，尤其是芳綸纖維與碳纖維混雜合材

7、料所取代，尤其是芳綸纖維與碳纖維混雜后，可以優(yōu)勢互補(bǔ)，使芳綸纖維的抗壓強(qiáng)度提后，可以優(yōu)勢互補(bǔ)，使芳綸纖維的抗壓強(qiáng)度提高一倍，碳纖維的沖擊韌性提高一倍。高一倍，碳纖維的沖擊韌性提高一倍。 玻璃纖維玻璃纖維 玻璃纖維是應(yīng)用最早最廣的一種纖維，早在二十世紀(jì)30年代就在復(fù)合材料中獲得應(yīng)用。玻璃纖維通常有兩種形式，即長纖維和短纖維。這兩種形式的纖維都可以用同一種方法制作。簡單地說，其生產(chǎn)過程是將硅砂、石英、硼酸和其它成分（粘士、氟石等）干混后，經(jīng)高溫爐熔融，熔化后的液態(tài)玻璃通過漏絲板即形成玻璃纖維。 玻璃纖維的性質(zhì)玻璃纖維的性質(zhì) 玻璃纖維彈性模量比較低，價(jià)格低廉。 玻璃纖維最常用的有 “E” 型和 “S

8、” 型，前者主要用于“電子儀表板” ，后者主要用于高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。S玻纖比E玻纖相比，其抗壓強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，彈性模量略高，密度降低， 更耐強(qiáng)酸，但成本較高。 其它如 “A”、“C”、“D” 型玻璃纖維，因其強(qiáng)度太低不適合飛機(jī)結(jié)構(gòu)使用。四、樹脂基復(fù)合材料四、樹脂基復(fù)合材料 在整個復(fù)合材料家族中，樹脂基復(fù)合材料是使用最廣、最多、最重要的一種，這其中又以纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料最為突出。 （纖維增強(qiáng)）樹脂基復(fù)合材料的組成（纖維增強(qiáng)）樹脂基復(fù)合材料的組成 組成：樹脂+纖維 纖維在前面已經(jīng)作了介紹，這里主要介紹基 體材料樹脂。 樹脂基體的作用樹脂基體的作用 常有人錯誤的認(rèn)為，復(fù)合材料的性能主要由增強(qiáng)體纖維決

9、定，與基體無關(guān)。實(shí)際上基體材料也是不可忽視的重要因素。歸納起來樹脂基體具有如下重要作用：對增強(qiáng)體（纖維）的支撐作用（固定纖維的分布和方向）；對增強(qiáng)體（纖維）的保護(hù)作用（防止環(huán)境的機(jī)械破壞和化學(xué)浸蝕，避免纖維自身摩擦）；影響斷裂韌性；橫向傳遞載荷的作用(已斷纖維承受的載荷其它纖維); 常用的樹脂基體大致分熱固性和熱塑性兩大類，航空上常用的有下列數(shù)種類型： 熱固性樹脂 熱塑性樹脂 環(huán)氧樹脂 聚乙烯 聚酯樹脂 聚苯乙烯 酚醛樹脂 聚丙烯 雙馬來酰 聚醚醚酮 亞胺樹脂 聚醚酰亞胺 聚酰亞胺樹脂 聚醚砜 聚苯硫醚 聚酰胺亞胺五、金屬基復(fù)合材料五、金屬基復(fù)合材料一）金屬基復(fù)合材料的特點(diǎn)一）金屬基復(fù)合材料的

10、特點(diǎn) 1 . 與樹脂基相比能在較高與樹脂基相比能在較高 的溫度環(huán)境下工作的溫度環(huán)境下工作 玻璃纖維 / 環(huán)氧樹脂（玻璃鋼）工作溫度 60 ； 先進(jìn)樹脂復(fù)合材料工作溫度150 左右； 耐高溫樹脂復(fù)合材料工作溫度300 左右； 鋁、鎂基復(fù)合材料工作溫度400500 ； 鈦基復(fù)合材料工作溫度700800 。 工作溫度在400 以上，一般須用金屬基復(fù)合材料。2 . 良好的綜合性機(jī)械性能良好的綜合性機(jī)械性能3. 理化性能好理化性能好4. 在相同的栽荷條件下，裂紋擴(kuò)展速度遠(yuǎn)在相同的栽荷條件下，裂紋擴(kuò)展速度遠(yuǎn) 低于相應(yīng)金屬。裂紋的逐步發(fā)展易發(fā)現(xiàn)，低于相應(yīng)金屬。裂紋的逐步發(fā)展易發(fā)現(xiàn)， 不易發(fā)生突發(fā)性事故。不易

11、發(fā)生突發(fā)性事故。5. 與樹脂基相比，其缺點(diǎn)主要是：與樹脂基相比，其缺點(diǎn)主要是： 生產(chǎn)成型工藝?yán)щy； 易形成脆性界面層；六、陶瓷基復(fù)合材料六、陶瓷基復(fù)合材料 1.陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)如下：主要優(yōu)點(diǎn)如下： 工作溫度高，適合高溫環(huán)境工作（碳纖維增工作溫度高，適合高溫環(huán)境工作（碳纖維增 強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料工作溫度可達(dá)強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料工作溫度可達(dá) 10001200）；）； 好的抗壓強(qiáng)度；好的抗壓強(qiáng)度； 優(yōu)良的高溫抗氧化性能；優(yōu)良的高溫抗氧化性能； 高溫下優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。高溫下優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。 主要缺點(diǎn)如下：主要缺點(diǎn)如下： 抗拉強(qiáng)度較低；抗拉強(qiáng)度較低； 較脆，常溫和

12、高溫下沖擊韌性偏低；較脆，常溫和高溫下沖擊韌性偏低； 不能進(jìn)行常規(guī)緊固連接；不能進(jìn)行常規(guī)緊固連接； 機(jī)械加工困難。機(jī)械加工困難。l為此，工程人員往往借助大型爐子進(jìn)行整體成型，避免緊固連接，加工成近似的最終成形件或最終形狀，避免或減少機(jī)械加工。七、碳七、碳/碳（碳（C/C）基復(fù)合材料基復(fù)合材料 所謂碳/碳復(fù)合材料，就是用碳纖維增強(qiáng)基體碳的復(fù)合材料。該材料是當(dāng)今能承受溫度最高的材料，同時具有很好的高溫強(qiáng) 度和尺寸穩(wěn)定性。在極高的溫度下，不僅能保持，甚至還能 提高結(jié)構(gòu)的性能。歸納起來碳/碳復(fù)合材料主要有下列特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)：l極高的耐溫性（可達(dá)35005000oF）（19302760）。l高溫下3500o

13、F（1930 ）強(qiáng)度實(shí)際有增加，而一般金屬和其它復(fù)合材料都將遭到破壞。l強(qiáng)度和剛度高。l形狀不隨溫度變化而變化，高溫下尺寸穩(wěn)定性好。l抗燒蝕，燒蝕質(zhì)量好，燒蝕中能保持結(jié)構(gòu)特性。l良好的機(jī)械特性和良好的耐熱沖擊性。l碳纖維用目前的二維（平面）或三維（空間） 編織技術(shù)可得到優(yōu)異的增強(qiáng)材料。碳碳/碳復(fù)合材料制造工藝過程碳復(fù)合材料制造工藝過程碳/碳復(fù)合材料制造工藝過程可歸納如下： 有機(jī)纖維編織預(yù)成形件 高溫碳化（石墨化） 固態(tài)熱解浸漬壓實(shí) 液態(tài)熱解浸漬 熱處理 氣態(tài)熱解機(jī)加工密封詳見下列工藝流程方框圖：A固化后的二維、三維增強(qiáng)預(yù)成形件 熱固樹脂 熱塑樹脂碳?xì)浠衔镎羝?固態(tài)熱解 液態(tài)熱解氣態(tài)熱解 浸漬

14、 浸漬 機(jī)械加工 碳化 熱處理 熱處理 熱處理 碳/碳復(fù)合材料一到四次一到三次一到四次第一部分教材內(nèi)容到此結(jié)束謝謝！l第一章第一章 復(fù)合材料的組成復(fù)合材料的組成l一、復(fù)合材料的基礎(chǔ)成分與形式一、復(fù)合材料的基礎(chǔ)成分與形式l 復(fù)合材料的基礎(chǔ)成分主要有：樹脂、纖維、粘接復(fù)合材料的基礎(chǔ)成分主要有：樹脂、纖維、粘接劑（膠粘劑）、蜂窩芯等。劑（膠粘劑）、蜂窩芯等。l 1、基體、基體l 定義：基體是將復(fù)合材料中的增強(qiáng)體（纖維）定義：基體是將復(fù)合材料中的增強(qiáng)體（纖維）粘接并固定在一起的均勻材料（樹脂粘接并固定在一起的均勻材料（樹脂）。）。l 兩大類：熱塑性樹脂；熱固性樹脂。目前飛機(jī)兩大類：熱塑性樹脂；熱固性樹

15、脂。目前飛機(jī)上主要使用熱固性環(huán)氧樹脂體系。上主要使用熱固性環(huán)氧樹脂體系。2、增強(qiáng)體材料、增強(qiáng)體材料（1）玻璃纖維增強(qiáng)材料）玻璃纖維增強(qiáng)材料 玻璃纖維增強(qiáng)材料有多種形式：長絲、帶、織物和玻璃纖維增強(qiáng)材料有多種形式：長絲、帶、織物和預(yù)制件等。玻璃纖維也有多種型號：預(yù)制件等。玻璃纖維也有多種型號： E型型有電磁場使用要求的玻璃纖維，主要用于有電磁場使用要求的玻璃纖維，主要用于雷達(dá)天線罩等。雷達(dá)天線罩等。 C型型有好的防腐性能，用于防腐部分。有好的防腐性能，用于防腐部分。 S型型強(qiáng)度性能好，用于有強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)部件。強(qiáng)度性能好，用于有強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)部件。 E型和型和S型強(qiáng)度相似，但成本低，故波音飛機(jī)大

16、部分型強(qiáng)度相似，但成本低，故波音飛機(jī)大部分使用使用E型玻璃纖維。此外，還有型玻璃纖維。此外，還有M型、型、L型玻璃纖維等。型玻璃纖維等。（2）KEVLAR纖維纖維芳綸纖維芳綸纖維 KEVLARKEVLAR纖維是芳綸纖維的注冊商標(biāo)。有很高的纖維是芳綸纖維的注冊商標(biāo)。有很高的 拉伸強(qiáng)度和抗沖擊能力，但拉伸模量低。拉伸強(qiáng)度和抗沖擊能力，但拉伸模量低。KEVLARKEVLAR纖維纖維重量輕、強(qiáng)度大、韌性好，但抗壓強(qiáng)度低，吸水性強(qiáng)，重量輕、強(qiáng)度大、韌性好，但抗壓強(qiáng)度低，吸水性強(qiáng)，可吸收相當(dāng)自身重量的可吸收相當(dāng)自身重量的8%8%的水份。的水份。 KEVLARKEVLAR纖維有兩種類型：纖維有兩種類型： K

17、EVLAR49KEVLAR49為高剛度的、高強(qiáng)度的。為高剛度的、高強(qiáng)度的。 KEVLAR29KEVLAR29為低剛度的，很輕，密度略大于鋁的為低剛度的，很輕，密度略大于鋁的1/21/2。（3）碳）碳/石墨纖維石墨纖維 第一部分已有較祥細(xì)的介紹，這里不再重復(fù)。請注第一部分已有較祥細(xì)的介紹，這里不再重復(fù)。請注意一點(diǎn)，碳纖維是歐洲人的叫法，石墨纖維是美國人意一點(diǎn)，碳纖維是歐洲人的叫法，石墨纖維是美國人的叫法。嚴(yán)格講兩者在密度上還是有些區(qū)別的。的叫法。嚴(yán)格講兩者在密度上還是有些區(qū)別的。（4）陶瓷纖維）陶瓷纖維 陶瓷纖維是白色的，主要用于約陶瓷纖維是白色的，主要用于約22000F左右的高溫左右的高溫區(qū)如

18、防火墻、發(fā)動機(jī)高溫部件等。區(qū)如防火墻、發(fā)動機(jī)高溫部件等。（5）硼纖維（略）硼纖維（略）3、維修或制造復(fù)合材料的組份材料、維修或制造復(fù)合材料的組份材料（1）絲束）絲束 長絲也叫長絲也叫長纖維長纖維，是一根根的很長的纖維，是一根根的很長的纖維，也叫也叫單纖維絲單纖維絲，通常還稱為，通常還稱為縷縷。 由一定數(shù)量的單纖維絲結(jié)成束的稱之為束或由一定數(shù)量的單纖維絲結(jié)成束的稱之為束或股（紗）。束通常用于碳纖維，股（紗）通常用股（紗）。束通常用于碳纖維，股（紗）通常用于玻璃纖維和芳綸纖維，股中包含的單纖維絲的于玻璃纖維和芳綸纖維，股中包含的單纖維絲的數(shù)目要比束中包含的多。單向帶和織物一般是由數(shù)目要比束中包含的

19、多。單向帶和織物一般是由纖維束或股制成。束中包含纖維束或股制成。束中包含1000根單絲的用根單絲的用1K表示，表示，2000根的用根的用2K表示等。表示等。（2）單向帶（膠帶）單向帶（膠帶） 單向帶由束或股（紗）在樹脂基體中沿單一方向單向帶由束或股（紗）在樹脂基體中沿單一方向排列而成。排列而成。（3）織物）織物 織物是由纖維束（股）按一定的方式編織而成，織物是由纖維束（股）按一定的方式編織而成，纖維束有經(jīng)線方向和緯線方向（也叫填充方向）之分。纖維束有經(jīng)線方向和緯線方向（也叫填充方向）之分。經(jīng)線方向是沿織物的縱向，即織物卷軸的展開方向。與經(jīng)線方向是沿織物的縱向，即織物卷軸的展開方向。與經(jīng)線相交（

20、垂直）的方向叫緯線方向（也叫填充方向）經(jīng)線相交（垂直）的方向叫緯線方向（也叫填充方向）經(jīng)線方向和緯線方向的識別：經(jīng)線方向和緯線方向的識別：織物卷軸的展開方向?yàn)榻?jīng)線方向；織物卷軸的展開方向?yàn)榻?jīng)線方向；在織物中插入某種顏色的示蹤線定義為經(jīng)線，如插在織物中插入某種顏色的示蹤線定義為經(jīng)線，如插 入黃色的入黃色的KEVLAR經(jīng)線；經(jīng)線；在織物預(yù)浸料的塑料底膜上用紅色示蹤線表示經(jīng)線在織物預(yù)浸料的塑料底膜上用紅色示蹤線表示經(jīng)線 方向；方向； 在塑料底膜上用菱形圖案確定經(jīng)向，菱形的銳角方在塑料底膜上用菱形圖案確定經(jīng)向，菱形的銳角方 向表示經(jīng)向。向表示經(jīng)向。 經(jīng)向的判斷與識別在復(fù)合材料維修過程中非常重要。經(jīng)向的

21、判斷與識別在復(fù)合材料維修過程中非常重要。4）布邊）布邊 布邊也叫編織邊，其作用是防止織物邊緣布邊也叫編織邊，其作用是防止織物邊緣絲束的松散。布邊的編織結(jié)構(gòu)與布內(nèi)不同，強(qiáng)絲束的松散。布邊的編織結(jié)構(gòu)與布內(nèi)不同，強(qiáng)度等性能也有區(qū)別，故在制造或修理前應(yīng)將布度等性能也有區(qū)別，故在制造或修理前應(yīng)將布邊去除。邊去除。（5）粘接劑（膠粘劑）粘接劑（膠粘劑） 粘接劑有多種形式，如薄膜狀、糊狀、泡粘接劑有多種形式，如薄膜狀、糊狀、泡沫狀等。沫狀等。 膠膜膠膜 膠膜是涂在一層支持薄膜（網(wǎng)狀滌綸、尼龍、玻璃纖膠膜是涂在一層支持薄膜（網(wǎng)狀滌綸、尼龍、玻璃纖維布）上的膠粘劑，屬維布）上的膠粘劑，屬“B階段階段”環(huán)氧樹脂膠

22、。環(huán)氧樹脂膠。 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：使用方便，不需要混合的設(shè)備，性能穩(wěn)定，使用方便，不需要混合的設(shè)備，性能穩(wěn)定， 厚度均勻。厚度均勻。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：必須冷凍保存，加溫加壓固化，價(jià)格較貴。必須冷凍保存，加溫加壓固化，價(jià)格較貴。糊狀粘接劑糊狀粘接劑 膠體和固化劑均為糊狀的粘接劑可室溫或加熱固化，膠體和固化劑均為糊狀的粘接劑可室溫或加熱固化，保存期長且不需冷藏。須注意的是，使用前倉促配制，保存期長且不需冷藏。須注意的是，使用前倉促配制，有導(dǎo)致人為錯誤可能，如混合不均勻、重量不準(zhǔn)確等。有導(dǎo)致人為錯誤可能，如混合不均勻、重量不準(zhǔn)確等。泡沫粘接劑泡沫粘接劑 泡沫粘接劑是含泡沫劑的環(huán)氧樹脂體系。固泡

23、沫粘接劑是含泡沫劑的環(huán)氧樹脂體系。固化時泡沫劑會膨脹，主要用于蜂窩搭接區(qū)域的化時泡沫劑會膨脹，主要用于蜂窩搭接區(qū)域的邊緣填充和粘接修理。泡沫劑的膨脹比在邊緣填充和粘接修理。泡沫劑的膨脹比在1.35.0之間。之間。 泡沫粘接劑有糊狀和膜狀兩種，膜狀即我泡沫粘接劑有糊狀和膜狀兩種，膜狀即我們常說的們常說的發(fā)泡膠條。發(fā)泡膠條。發(fā)泡膠條需冷藏保存，以發(fā)泡膠條需冷藏保存，以防從防從B階段開始固化。階段開始固化。 波音一般使用波音一般使用2500 F和和3500 F固化的發(fā)泡膠。固化的發(fā)泡膠。填充劑及類型填充劑及類型 填充劑是在混合后的樹脂中加入的材料，用以改變樹填充劑是在混合后的樹脂中加入的材料，用以改

24、變樹脂膠的性能，如密度、強(qiáng)度、彈性、粘性、導(dǎo)電性等。脂膠的性能，如密度、強(qiáng)度、彈性、粘性、導(dǎo)電性等。這對于蜂窩修理和防止脫開很有作用。常用的填充劑這對于蜂窩修理和防止脫開很有作用。常用的填充劑有：有：短纖維短纖維：它是由玻璃纖維、：它是由玻璃纖維、KEVLAR或碳纖維切割或碳纖維切割 而成，用于外形修理、錯位孔及沖擊孔的修理。而成，用于外形修理、錯位孔及沖擊孔的修理。碎纖維碎纖維：碎纖維是更小的磨碎纖維，用于小的表面：碎纖維是更小的磨碎纖維，用于小的表面 缺陷、劃傷、缺陷、劃傷、V形小刻痕及孔的修理。形小刻痕及孔的修理。微珠微珠：它是由玻璃和酚醛樹脂做的微小的球體。加：它是由玻璃和酚醛樹脂做的

25、微小的球體。加入樹脂中可降低樹脂的密度和彈性，可用于蜂窩芯邊入樹脂中可降低樹脂的密度和彈性，可用于蜂窩芯邊緣的填充、緊固件的填充和孔的修理。緣的填充、緊固件的填充和孔的修理。6）芯體材料）芯體材料 夾層結(jié)構(gòu)包括兩部分，即芯體和蒙皮。芯體支撐夾層結(jié)構(gòu)包括兩部分，即芯體和蒙皮。芯體支撐蒙皮防止翹曲并承擔(dān)平面剪切載荷，芯體必須具有高的蒙皮防止翹曲并承擔(dān)平面剪切載荷，芯體必須具有高的抗剪強(qiáng)度和抗壓剛度。芯體有蜂窩和泡沫兩種，波音主抗剪強(qiáng)度和抗壓剛度。芯體有蜂窩和泡沫兩種，波音主要使用蜂窩芯體。要使用蜂窩芯體。（7）預(yù)制件）預(yù)制件 定義：用預(yù)浸的或干燥的纖維或單向帶編織在一定形定義：用預(yù)浸的或干燥的纖維

26、或單向帶編織在一定形狀的陽模上（如管狀陽模）所得到的復(fù)合材料半成品。狀的陽模上（如管狀陽模）所得到的復(fù)合材料半成品。 工藝上一般采用長絲纏繞的方法。工藝上一般采用長絲纏繞的方法。 此工藝主要用于生產(chǎn)過程，與修理工作關(guān)系不大。此工藝主要用于生產(chǎn)過程，與修理工作關(guān)系不大。二、復(fù)合材料制造或維修中的工藝輔助材料二、復(fù)合材料制造或維修中的工藝輔助材料 復(fù)合材料制造或維修中用到的輔助材料很多，但它復(fù)合材料制造或維修中用到的輔助材料很多，但它們都不會成為被修理部件的一部分。們都不會成為被修理部件的一部分。 常用的工藝輔助材料有：常用的工藝輔助材料有：有孔分離膜有孔分離膜 真空袋真空袋無孔分離膜無孔分離膜

27、真空袋封嚴(yán)膠帶真空袋封嚴(yán)膠帶吸膠布吸膠布 記號筆和鉛筆記號筆和鉛筆均壓板均壓板 液態(tài)脫膜劑液態(tài)脫膜劑透氣布透氣布 脫膜織物脫膜織物第二章第二章 材料的管理材料的管理通常情況，復(fù)合材料制造和修理過程中一些材料，通常情況，復(fù)合材料制造和修理過程中一些材料，如預(yù)浸織布、預(yù)浸帶、樹脂、膠粘劑等都應(yīng)在規(guī)定的如預(yù)浸織布、預(yù)浸帶、樹脂、膠粘劑等都應(yīng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)存貯，存貯和使用都應(yīng)有一定的時間限制。溫度范圍內(nèi)存貯，存貯和使用都應(yīng)有一定的時間限制。一、冷藏保管一、冷藏保管前面已提到，預(yù)浸織布、預(yù)浸帶、樹脂、膠粘劑等前面已提到，預(yù)浸織布、預(yù)浸帶、樹脂、膠粘劑等材料中的樹脂都處在材料中的樹脂都處在“階段階段”

28、，室溫保管會加速樹，室溫保管會加速樹脂的固化進(jìn)程，發(fā)生膠連，失去使用的價(jià)值，必須存脂的固化進(jìn)程，發(fā)生膠連，失去使用的價(jià)值，必須存放在帶有溫控設(shè)備的冷藏箱中低溫保存（如放在帶有溫控設(shè)備的冷藏箱中低溫保存（如00 F 18）。）。材料在運(yùn)輸過程中的短期存放，一般采用干材料在運(yùn)輸過程中的短期存放，一般采用干冰存放在隔熱容器中。波音規(guī)范（如）冰存放在隔熱容器中。波音規(guī)范（如）給出了每種材料的存貯溫度要求。給出了每種材料的存貯溫度要求。二、時間限制與壽命二、時間限制與壽命處在處在“B階段階段”的材料在存放和使用上都有一定的時間的材料在存放和使用上都有一定的時間限制。限制。請注意下面幾個概念：請注意下面幾

29、個概念：存放壽命存放壽命一種材料在低溫下存放所允許的最長時間。一種材料在低溫下存放所允許的最長時間。機(jī)械壽命機(jī)械壽命在室溫下（離開冰箱）到材料開始在室溫下（離開冰箱）到材料開始 固化前這段最長時間為機(jī)械壽命。固化前這段最長時間為機(jī)械壽命。處理壽命處理壽命室溫下完成鋪層和加壓的推薦時間室溫下完成鋪層和加壓的推薦時間 為處理壽命。處理壽命短于機(jī)械壽命。為處理壽命。處理壽命短于機(jī)械壽命。外露時間外露時間指一卷給定的材料處于室溫條件下指一卷給定的材料處于室溫條件下 所有的累積小時數(shù)。所有的累積小時數(shù)。請注意下列幾點(diǎn)：請注意下列幾點(diǎn)：（1）材料從冰箱取出時，應(yīng)及時封裝在氣密袋中；）材料從冰箱取出時，應(yīng)及

30、時封裝在氣密袋中；（2）材料在室溫下慢慢升溫，袋外會產(chǎn)生冷凝水，必須）材料在室溫下慢慢升溫，袋外會產(chǎn)生冷凝水，必須 等水氣消失后，方可打開包裝，切割材料；等水氣消失后，方可打開包裝，切割材料；（3）在材料切割操作之后，立即記錄材料的外露時間，）在材料切割操作之后，立即記錄材料的外露時間， 并將材料裝進(jìn)密封的塑料袋中，送回冰箱存貯；并將材料裝進(jìn)密封的塑料袋中，送回冰箱存貯；（4）材料的外露時間記錄應(yīng)隨材料走；）材料的外露時間記錄應(yīng)隨材料走；（5）如果冷凝水未干，就打開材料包裝，會使材料沾染）如果冷凝水未干，就打開材料包裝，會使材料沾染 上水汽，造成材料固化后多孔疏松，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下上水汽，造成材料固

31、化后多孔疏松，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下 降。降。第三章第三章 設(shè)施和設(shè)備設(shè)施和設(shè)備一、車間設(shè)備和工具一、車間設(shè)備和工具（1）手持工具）手持工具 在復(fù)合材料修理中，手持工具是最普通最常見的。在復(fù)合材料修理中，手持工具是最普通最常見的。除手持工具外，還有臺式工具，如帶鋸、帶式砂磨機(jī)、除手持工具外，還有臺式工具，如帶鋸、帶式砂磨機(jī)、臺鉆等。臺鉆等。（2）氣動工具）氣動工具 在碳纖維復(fù)合材料部件上不能使用電動工具，因?yàn)樵谔祭w維復(fù)合材料部件上不能使用電動工具，因?yàn)樘际菍?dǎo)電的，加工時的粉塵易造成電動工具的短路。碳是導(dǎo)電的，加工時的粉塵易造成電動工具的短路。車間內(nèi)如使用電動工具都應(yīng)選用封閉型的。車間內(nèi)如使用電動工具都應(yīng)選

32、用封閉型的。（3）吸塵設(shè)備）吸塵設(shè)備 車間必須配備真空吸塵系統(tǒng)，用來吸集粉塵、車間必須配備真空吸塵系統(tǒng)，用來吸集粉塵、纖維絲和修理中產(chǎn)生的其它廢料。粉塵和纖維纖維絲和修理中產(chǎn)生的其它廢料。粉塵和纖維絲雖然無毒但能刺激呼吸道。碳纖維廢料最好絲雖然無毒但能刺激呼吸道。碳纖維廢料最好埋在地下。帶廢料收集的工作臺、抽風(fēng)打磨隔埋在地下。帶廢料收集的工作臺、抽風(fēng)打磨隔間是最好的吸塵設(shè)施。間是最好的吸塵設(shè)施。（4）切割工具）切割工具 復(fù)合材料切割的基本原則是：高速，低進(jìn)給。復(fù)合材料切割的基本原則是：高速，低進(jìn)給。碳纖維復(fù)材切割刀具碳纖維復(fù)材切割刀具 碳纖維復(fù)材的修整和切割主要使用碳纖維復(fù)材的修整和切割主要使

33、用金剛砂金剛砂刀刀具，而不用具，而不用高速鋼高速鋼刀具，因碳纖維復(fù)材的硬度刀具，因碳纖維復(fù)材的硬度很高，高速鋼刀具磨損很快。很高，高速鋼刀具磨損很快。 打磨一般使用打磨一般使用氧化鋁或碳化硅氧化鋁或碳化硅砂紙或砂布，砂紙或砂布，碳化硅比氧化鋁耐磨，工作時間長。碳化硅比氧化鋁耐磨，工作時間長。 銑刀刀頭可由硬質(zhì)碳化物制做。銑刀刀頭可由硬質(zhì)碳化物制做。玻璃纖維復(fù)材切割工具玻璃纖維復(fù)材切割工具 玻璃纖維硬度也很高，高速鋼刀具不適合，玻璃纖維硬度也很高，高速鋼刀具不適合，與碳纖維使用刀具相同。與碳纖維使用刀具相同。Aramid纖維復(fù)材切割工具纖維復(fù)材切割工具 Aramid纖維復(fù)材不象碳纖維和玻璃纖維那

34、纖維復(fù)材不象碳纖維和玻璃纖維那樣硬，可用高速鋼刀具。但要注意：樣硬，可用高速鋼刀具。但要注意： Aramid纖維復(fù)材的切割邊會有松散的纖維露出來，造纖維復(fù)材的切割邊會有松散的纖維露出來，造成不良后果。為克服這一毛?。撼刹涣己蠊榭朔@一毛?。?一一 要將部件固定好，后用要將部件固定好，后用剪切的動作剪切的動作做切做切割；割； 二二 要在部件下面墊一塊支撐板（可用塑料要在部件下面墊一塊支撐板（可用塑料 板），切板），切 割時和支撐板一起切割割時和支撐板一起切割; 三三 刀具要鋒利。刀具要鋒利。 Aramid纖維最隹的切割方式是：纖維最隹的切割方式是：先將纖維繃先將纖維繃緊，后剪切。緊，后剪切。

35、（5）鉆）鉆 鉆孔的總原則是：鉆孔的總原則是：高速度，低進(jìn)給。即轉(zhuǎn)速要高速度，低進(jìn)給。即轉(zhuǎn)速要 快，壓力要輕?？?，壓力要輕。碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料 碳纖維復(fù)合材料很硬，碳纖維復(fù)合材料很硬，高速鋼鉆頭高速鋼鉆頭磨損快，磨損快，最后導(dǎo)致孔的尺寸偏小，所以還是選用特殊的最后導(dǎo)致孔的尺寸偏小，所以還是選用特殊的碳化物鉆頭碳化物鉆頭。玻璃纖維纖維復(fù)合材料玻璃纖維纖維復(fù)合材料 與碳纖維復(fù)合材料鉆頭相同。與碳纖維復(fù)合材料鉆頭相同。 Aramid纖維復(fù)合材料纖維復(fù)合材料 可用高速鋼鉆頭或特殊的可用高速鋼鉆頭或特殊的 鐮式鐮式Klenk鉆頭。鉆頭。該鉆頭可先將纖維拉緊，后再剪該鉆頭可先將纖維拉緊，后再剪切

36、切割，鉆出的孔比標(biāo)準(zhǔn)鉆頭好得多。切切割，鉆出的孔比標(biāo)準(zhǔn)鉆頭好得多。（6）加熱設(shè)備設(shè)施）加熱設(shè)備設(shè)施 復(fù)合材料的修理一般都需要一個升溫的固化周期，復(fù)合材料的修理一般都需要一個升溫的固化周期，這就需要一套加熱裝置和控溫系統(tǒng)。常用的加熱設(shè)備有這就需要一套加熱裝置和控溫系統(tǒng)。常用的加熱設(shè)備有熱壓罐、烘箱、電熱毯等，控溫系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)程序控制熱壓罐、烘箱、電熱毯等，控溫系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)程序控制器、計(jì)算機(jī)預(yù)先程序控制器及手工控制。器、計(jì)算機(jī)預(yù)先程序控制器及手工控制。 熱壓罐熱壓罐 （略）（略） 烘箱烘箱 電熱毯電熱毯 電熱毯是一種很靈活的加熱器。它是由兩層硅膠夾電熱毯是一種很靈活的加熱器。它是由兩層硅膠夾一層金

37、屬電阻加熱元件構(gòu)成。其輸出功率以每平方英寸一層金屬電阻加熱元件構(gòu)成。其輸出功率以每平方英寸上的瓦特?cái)?shù)計(jì)算。每平方英寸輸出上的瓦特?cái)?shù)計(jì)算。每平方英寸輸出5瓦功率的電熱毯對于瓦功率的電熱毯對于修理復(fù)合材料就綽綽有余。修理復(fù)合材料就綽綽有余。 電熱毯控制器電熱毯控制器 （計(jì)算機(jī)程序控制器）（計(jì)算機(jī)程序控制器） 最常見的加熱控制方式是由計(jì)算機(jī)控制的電最常見的加熱控制方式是由計(jì)算機(jī)控制的電熱毯，其控制溫度范圍在熱毯，其控制溫度范圍在100FC 以內(nèi)。以內(nèi)。 既熱補(bǔ)儀。既熱補(bǔ)儀。加熱燈和熱空氣加熱燈和熱空氣 加熱燈：加熱燈： 加熱燈只用于低溫固化修理，不適用于高加熱燈只用于低溫固化修理，不適用于高 溫固化

38、修理；溫固化修理； 加熱燈到修理部位的距離決定修理部位的加熱燈到修理部位的距離決定修理部位的 溫度，溫度， 因此必須有一個可調(diào)節(jié)的支架來因此必須有一個可調(diào)節(jié)的支架來 調(diào)節(jié)燈到修理部位的距離；調(diào)節(jié)燈到修理部位的距離；熱空氣系統(tǒng)：熱空氣系統(tǒng)：熱空氣系統(tǒng)可用于小型固化修理或修熱空氣系統(tǒng)可用于小型固化修理或修理區(qū)域干燥。理區(qū)域干燥。系統(tǒng)中也應(yīng)有控制熱空氣和修理部位系統(tǒng)中也應(yīng)有控制熱空氣和修理部位溫度的方法。溫度的方法。第二章第二章 復(fù)合材料防腐設(shè)計(jì)復(fù)合材料防腐設(shè)計(jì)1. 腐蝕類型腐蝕類型（1） 樹脂基體的腐蝕樹脂基體的腐蝕 樹脂基體的腐蝕分物理腐蝕和化學(xué)腐蝕兩大類。樹脂基體的腐蝕分物理腐蝕和化學(xué)腐蝕兩大

39、類。 物理腐蝕指腐蝕介質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或被吸收進(jìn)入樹脂內(nèi)物理腐蝕指腐蝕介質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或被吸收進(jìn)入樹脂內(nèi)部，導(dǎo)致聚合物的性能發(fā)生改變（如吸收水分的溶部，導(dǎo)致聚合物的性能發(fā)生改變（如吸收水分的溶脹）?；瘜W(xué)腐蝕是指腐蝕介質(zhì)與樹脂基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)脹）?；瘜W(xué)腐蝕是指腐蝕介質(zhì)與樹脂基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的變質(zhì)現(xiàn)象。引起的變質(zhì)現(xiàn)象。（2）界面腐蝕）界面腐蝕 界面主要是指樹脂和纖維的界面、鋪層之間開膠分界面主要是指樹脂和纖維的界面、鋪層之間開膠分層的界面、膠粘接頭開膠的界面等。層的界面、膠粘接頭開膠的界面等。 界面腐蝕既有物理腐蝕也有化學(xué)腐蝕。如，水分引界面腐蝕既有物理腐蝕也有化學(xué)腐蝕。如，水分引起的溶脹，水分在溫度作用下

40、的熱脹冷縮；酸、堿等腐起的溶脹，水分在溫度作用下的熱脹冷縮；酸、堿等腐蝕介質(zhì)的化學(xué)浸蝕等。蝕介質(zhì)的化學(xué)浸蝕等。2. 防腐設(shè)計(jì)防腐設(shè)計(jì) (略略)二、二、 復(fù)合材料與金屬間的電偶腐蝕復(fù)合材料與金屬間的電偶腐蝕1. 電偶腐蝕的定義電偶腐蝕的定義 在腐蝕電池中，電位較低的金屬成為電池在腐蝕電池中，電位較低的金屬成為電池的陽極而遭到腐蝕的現(xiàn)象叫電偶腐蝕。的陽極而遭到腐蝕的現(xiàn)象叫電偶腐蝕。碳纖維碳纖維中的碳在金屬電位分類表中，屬電位較正的材中的碳在金屬電位分類表中，屬電位較正的材料，顯示貴金屬的特性。一般金屬與其接觸，料，顯示貴金屬的特性。一般金屬與其接觸，金屬往往因電位偏低成為腐蝕電池的陽極而被金屬往往

41、因電位偏低成為腐蝕電池的陽極而被腐蝕。飛機(jī)上的鋁合金常常因電偶腐蝕而遭到腐蝕。飛機(jī)上的鋁合金常常因電偶腐蝕而遭到破壞。破壞。2. 防止電偶腐蝕的措施防止電偶腐蝕的措施（1）最大限度地防止或減少腐蝕介質(zhì)的聚集。因腐蝕介）最大限度地防止或減少腐蝕介質(zhì)的聚集。因腐蝕介質(zhì)是引起電偶腐蝕的必要條件。質(zhì)是引起電偶腐蝕的必要條件。（2）根據(jù)電偶腐蝕的原理，不同材料之間電位差是電偶）根據(jù)電偶腐蝕的原理，不同材料之間電位差是電偶腐蝕的根本原因，電位差越大電偶腐蝕越嚴(yán)重。同類腐蝕的根本原因，電位差越大電偶腐蝕越嚴(yán)重。同類材料之間一般不發(fā)生電偶腐蝕（即使發(fā)生也是很輕微材料之間一般不發(fā)生電偶腐蝕（即使發(fā)生也是很輕微的

42、）。這樣，為防止碳纖維復(fù)合材料與金屬之間發(fā)生的）。這樣，為防止碳纖維復(fù)合材料與金屬之間發(fā)生電偶腐蝕，我們應(yīng)盡量選用與碳在同一類的金屬，如電偶腐蝕，我們應(yīng)盡量選用與碳在同一類的金屬，如不銹鋼、鈦及鈦合金等與其接觸。不銹鋼、鈦及鈦合金等與其接觸。（3）如碳纖維復(fù)合材料必須與金屬鋁裝配在一起，則必）如碳纖維復(fù)合材料必須與金屬鋁裝配在一起，則必 須采取隔離密封措施。須采取隔離密封措施。 如在碳纖維復(fù)合材料表面共固化一層玻璃纖維鋪如在碳纖維復(fù)合材料表面共固化一層玻璃纖維鋪 層，起到絕緣作用。層，起到絕緣作用。 （鋁的電位（鋁的電位0.75；石墨為；石墨為0.1其差為其差為0.85 ）（4）為防止碳纖維層

43、板與鋁蜂窩之間發(fā)生電偶腐蝕，）為防止碳纖維層板與鋁蜂窩之間發(fā)生電偶腐蝕， 應(yīng)使用非金屬材料蜂窩，如玻璃纖維蜂窩等。應(yīng)使用非金屬材料蜂窩，如玻璃纖維蜂窩等。 第三章第三章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度第一節(jié)第一節(jié) 復(fù)合材料的疲勞特性復(fù)合材料的疲勞特性一、疲勞性能優(yōu)于金屬一、疲勞性能優(yōu)于金屬 對于具有高強(qiáng)度、高模量、低密度的先進(jìn)復(fù)合材對于具有高強(qiáng)度、高模量、低密度的先進(jìn)復(fù)合材料，如芳綸、硼纖維、碳纖維復(fù)合材料，它們的纖維對料，如芳綸、硼纖維、碳纖維復(fù)合材料，它們的纖維對疲勞不敏感，這就是先進(jìn)復(fù)合材料具有良好抗疲勞性能疲勞不敏感，這就是先進(jìn)復(fù)合材料具有良好抗疲勞性能的原因。除的原因。

44、除E玻璃玻璃/環(huán)氧環(huán)氧比鋁的疲勞性能差外，其比鋁的疲勞性能差外，其它復(fù)合材料的抗疲勞性能一般都比鋁合金好。它復(fù)合材料的抗疲勞性能一般都比鋁合金好。二、疲勞損傷的特點(diǎn)二、疲勞損傷的特點(diǎn) 復(fù)合材料疲勞損傷的形式是多種多樣的，有脫膠、復(fù)合材料疲勞損傷的形式是多種多樣的，有脫膠、分層、基體龜裂和纖維斷裂等。復(fù)合材料可能是以一分層、基體龜裂和纖維斷裂等。復(fù)合材料可能是以一種損傷形式為主，也可能是幾種損傷形式聯(lián)全出現(xiàn)。種損傷形式為主，也可能是幾種損傷形式聯(lián)全出現(xiàn)。三、疲勞損傷對強(qiáng)度的影響三、疲勞損傷對強(qiáng)度的影響 樹脂基復(fù)合材料最初損傷是在基體上出現(xiàn)垂直于載樹脂基復(fù)合材料最初損傷是在基體上出現(xiàn)垂直于載 荷方

45、向的裂紋，隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加，基體中的裂荷方向的裂紋，隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加，基體中的裂 紋也增加。但這種紋也增加。但這種初始損傷初始損傷對復(fù)合材料的強(qiáng)度沒有明顯對復(fù)合材料的強(qiáng)度沒有明顯 影響，因?yàn)閺?fù)合材料是纖維承受主要載荷。直到纖維開影響，因?yàn)閺?fù)合材料是纖維承受主要載荷。直到纖維開 始斷裂，其強(qiáng)度才緩慢降低。始斷裂，其強(qiáng)度才緩慢降低。四、疲勞損傷對剛度的影響四、疲勞損傷對剛度的影響 一般金屬材料在裂紋較短時，隨著裂紋擴(kuò)展剛度變一般金屬材料在裂紋較短時，隨著裂紋擴(kuò)展剛度變化很小。但復(fù)合材料不同，在循環(huán)加載后不久，剛度就化很小。但復(fù)合材料不同，在循環(huán)加載后不久，剛度就開始下降，這種下降一直持

46、續(xù)到構(gòu)件破壞。所以有人認(rèn)開始下降，這種下降一直持續(xù)到構(gòu)件破壞。所以有人認(rèn)為，復(fù)合材料應(yīng)以剛度損失作為疲勞損傷的主要指標(biāo)。為，復(fù)合材料應(yīng)以剛度損失作為疲勞損傷的主要指標(biāo)。五、復(fù)合材料層合板的拉五、復(fù)合材料層合板的拉拉疲勞壽命高于壓拉疲勞壽命高于壓 壓和拉壓和拉壓疲勞壽命。這是因?yàn)閴嚎s載荷會壓疲勞壽命。這是因?yàn)閴嚎s載荷會 造成層合板的分層和屈曲。造成層合板的分層和屈曲。第二節(jié)第二節(jié) 影響復(fù)合材料疲勞強(qiáng)度的因素影響復(fù)合材料疲勞強(qiáng)度的因素一、基體材料一、基體材料 不同基體材料抗疲勞性能不同。不同基體材料抗疲勞性能不同。二、增強(qiáng)材料二、增強(qiáng)材料 1. 不同增強(qiáng)材料抗疲勞性能不同。不同增強(qiáng)材料抗疲勞性能不

47、同。 2. 適當(dāng)增加增強(qiáng)材料的含量，可提高其疲勞強(qiáng)度。適當(dāng)增加增強(qiáng)材料的含量，可提高其疲勞強(qiáng)度。 3. 疲勞強(qiáng)度與基體和增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合力有關(guān)。結(jié)合疲勞強(qiáng)度與基體和增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合力有關(guān)。結(jié)合力好，疲勞強(qiáng)度高。力好，疲勞強(qiáng)度高。三、鋪層三、鋪層 1. 鋪層方向（纖維方向）鋪層方向（纖維方向） 鋪層方向?qū)?fù)合材料疲勞強(qiáng)度影響很大。鋪層方向?qū)?fù)合材料疲勞強(qiáng)度影響很大。 2. 鋪層順序鋪層順序 不同的鋪層順序?qū)?fù)合材料的疲勞強(qiáng)度也有影響。不同的鋪層順序?qū)?fù)合材料的疲勞強(qiáng)度也有影響。四、載荷類型四、載荷類型 載荷類型不同，復(fù)合材料表現(xiàn)的疲勞性能也不同。載荷類型不同，復(fù)合材料表現(xiàn)的疲勞性能也不同。五

48、、環(huán)境因素五、環(huán)境因素 1. 溫度和濕度是環(huán)境因素中對復(fù)合材料力學(xué)性能影響溫度和濕度是環(huán)境因素中對復(fù)合材料力學(xué)性能影響 最明顯的因素。但對于以纖維破壞為主要形式的層最明顯的因素。但對于以纖維破壞為主要形式的層 壓板來說，溫度和濕度對疲勞強(qiáng)度的影響便不明顯。壓板來說，溫度和濕度對疲勞強(qiáng)度的影響便不明顯。 2. 干、濕度對不同鋪層層合板的疲勞強(qiáng)度影響不同。干、濕度對不同鋪層層合板的疲勞強(qiáng)度影響不同。 3. 不同樹脂基體的復(fù)合材料，其疲勞強(qiáng)度受溫、濕度不同樹脂基體的復(fù)合材料，其疲勞強(qiáng)度受溫、濕度 的影響也不同。的影響也不同。六、切口六、切口 大多數(shù)復(fù)合材料層合板疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：切口大多數(shù)復(fù)合材料層

49、合板疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：切口（包括圓孔）所引起的疲勞強(qiáng)度降低是不明顯的。（包括圓孔）所引起的疲勞強(qiáng)度降低是不明顯的。l第四章第四章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷 復(fù)合材料損傷的主要類型有：基體樹脂裂紋、復(fù)合材料損傷的主要類型有：基體樹脂裂紋、界面分層、纖維斷裂、脫膠等。這些損傷很少界面分層、纖維斷裂、脫膠等。這些損傷很少單獨(dú)存在，一般都以某種組合的形式存在。無單獨(dú)存在，一般都以某種組合的形式存在。無論哪種組合都會導(dǎo)致材料疲勞強(qiáng)度和剛度的下論哪種組合都會導(dǎo)致材料疲勞強(qiáng)度和剛度的下降。降。一、基體樹脂裂紋一、基體樹脂裂紋 復(fù)合材料層合板在拉伸和交變載荷作用下，我們首復(fù)合材料層合板在拉伸和交變

50、載荷作用下，我們首先能在先能在偏軸層偏軸層內(nèi)看到基體裂紋。最早出現(xiàn)裂紋的是內(nèi)看到基體裂紋。最早出現(xiàn)裂紋的是900鋪鋪層，而后才是其它鋪層。一般來說，相對軸向載荷方向?qū)?，而后才是其它鋪層。一般來說，相對軸向載荷方向的角度越小，越不容易形成基體樹脂裂紋。的角度越小，越不容易形成基體樹脂裂紋。在交變載荷作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，偏軸層在交變載荷作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，偏軸層內(nèi)的裂紋數(shù)也在增加，但當(dāng)裂紋間的距離達(dá)到某一值時，內(nèi)的裂紋數(shù)也在增加，但當(dāng)裂紋間的距離達(dá)到某一值時，裂紋數(shù)基本就不再增加了。裂紋數(shù)基本就不再增加了。二、層間分層二、層間分層（1）層間分層的原因）層間分層的原因 在面內(nèi)軸向載荷

51、作用下，沿著復(fù)合材料構(gòu)件邊緣會在面內(nèi)軸向載荷作用下，沿著復(fù)合材料構(gòu)件邊緣會產(chǎn)生層間產(chǎn)生層間拉應(yīng)力或壓應(yīng)力拉應(yīng)力或壓應(yīng)力（垂直層合板平面方向）。如（垂直層合板平面方向）。如果外載荷（靜載荷）引起的層間應(yīng)力是拉應(yīng)力，且超過果外載荷（靜載荷）引起的層間應(yīng)力是拉應(yīng)力，且超過了材料的層間強(qiáng)度，這時層板自由邊緣處就會出現(xiàn)分了材料的層間強(qiáng)度，這時層板自由邊緣處就會出現(xiàn)分層。層。（2）層合板的鋪層順序和載荷類型決定法向應(yīng)力是拉應(yīng)）層合板的鋪層順序和載荷類型決定法向應(yīng)力是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力。力還是壓應(yīng)力。三、纖維斷裂與界面（纖維與樹脂）脫膠三、纖維斷裂與界面（纖維與樹脂）脫膠 纖維斷裂與界面脫膠主要取決于組分材料

52、的性質(zhì)和纖維斷裂與界面脫膠主要取決于組分材料的性質(zhì)和纖維的缺陷。大多數(shù)以聚合物為基體的復(fù)合材料，如硼纖維的缺陷。大多數(shù)以聚合物為基體的復(fù)合材料，如硼和碳纖維復(fù)合材料，由于纖維存在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，基和碳纖維復(fù)合材料，由于纖維存在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，基體破壞應(yīng)變量往往大于纖維的應(yīng)變量，在拉伸載荷作用體破壞應(yīng)變量往往大于纖維的應(yīng)變量，在拉伸載荷作用下，常常出現(xiàn)纖維優(yōu)先斷裂，纖維斷裂形成的裂紋在隨下，常常出現(xiàn)纖維優(yōu)先斷裂，纖維斷裂形成的裂紋在隨后的加載過程中向基體中擴(kuò)展。擴(kuò)展的路徑取決于纖維后的加載過程中向基體中擴(kuò)展。擴(kuò)展的路徑取決于纖維和基體界面的性質(zhì)。和基體界面的性質(zhì)。 有三種情況：有三種情況：1）纖

53、維與樹脂粘接很牢固，裂紋擴(kuò)展進(jìn)入基體，形成）纖維與樹脂粘接很牢固，裂紋擴(kuò)展進(jìn)入基體，形成光滑的裂紋表面。如右圖（光滑的裂紋表面。如右圖（a）所示。所示。（2）纖維與樹脂粘接不很牢固，）纖維與樹脂粘接不很牢固，裂紋向基體與纖維的界面擴(kuò)展，裂紋向基體與纖維的界面擴(kuò)展，導(dǎo)致界面脫膠，纖維撥出。導(dǎo)致界面脫膠，纖維撥出。如右圖（如右圖（b）所示。所示。（3）粘接的中間狀態(tài)，）粘接的中間狀態(tài)， （a） （b） （c）呈纖維撥出的不規(guī)則破壞表面。縱向拉伸破壞模式呈纖維撥出的不規(guī)則破壞表面。縱向拉伸破壞模式如右圖（如右圖（c）所示。所示。四、剛度（彈性模量）和強(qiáng)度的變化四、剛度（彈性模量）和強(qiáng)度的變化 1.

54、復(fù)合材料基體裂紋的形成、擴(kuò)展和數(shù)目的增復(fù)合材料基體裂紋的形成、擴(kuò)展和數(shù)目的增多，使復(fù)合材料剛度逐步下降。靜力拉伸多，使復(fù)合材料剛度逐步下降。靜力拉伸 試試驗(yàn)初期，隨著應(yīng)力增加，基體內(nèi)驗(yàn)初期，隨著應(yīng)力增加，基體內(nèi) 裂紋密度迅速裂紋密度迅速增加，剛度下降也很快。當(dāng)拉伸應(yīng)力水平較高增加，剛度下降也很快。當(dāng)拉伸應(yīng)力水平較高時，兩者都趨于穩(wěn)定值。時，兩者都趨于穩(wěn)定值。2. 強(qiáng)度的變化強(qiáng)度的變化 試驗(yàn)表明，在疲勞試驗(yàn)初期，復(fù)合材料強(qiáng)度幾乎沒試驗(yàn)表明，在疲勞試驗(yàn)初期，復(fù)合材料強(qiáng)度幾乎沒有多大變化，隨著交變載荷循環(huán)次數(shù)的增加，強(qiáng)度開始有多大變化，隨著交變載荷循環(huán)次數(shù)的增加，強(qiáng)度開始下降，在最后下降，在最后10

55、%的疲勞壽命期內(nèi)強(qiáng)度急劇下降，直至的疲勞壽命期內(nèi)強(qiáng)度急劇下降，直至材料破壞。材料破壞。 強(qiáng)度隨交變載荷循環(huán)次數(shù)的降低與層合板的種類、強(qiáng)度隨交變載荷循環(huán)次數(shù)的降低與層合板的種類、載荷的類型和大小有關(guān)。載荷的類型和大小有關(guān)。 通常，只有多向?qū)雍习逶谄茐那皬?qiáng)度逐漸降低，而通常，只有多向?qū)雍习逶谄茐那皬?qiáng)度逐漸降低，而00鋪層縱向?qū)雍习?，在破壞前?qiáng)度幾乎沒有變化鋪層縱向?qū)雍习?，在破壞前?qiáng)度幾乎沒有變化。第二節(jié)第二節(jié) 撞擊損傷撞擊損傷一類：硬物體撞擊的損傷一類：硬物體撞擊的損傷 硬物體是指：飛機(jī)起飛和著陸跑道上的石子，空硬物體是指：飛機(jī)起飛和著陸跑道上的石子，空 中飛行遇到的冰雹，制造、維修過程中跌落的工

56、具等。中飛行遇到的冰雹，制造、維修過程中跌落的工具等。 硬物體撞擊常常引起復(fù)合材料的局部損傷，造成復(fù)合硬物體撞擊常常引起復(fù)合材料的局部損傷，造成復(fù)合材料強(qiáng)度下降，甚至短時間發(fā)生疲勞破壞。材料強(qiáng)度下降，甚至短時間發(fā)生疲勞破壞。二類：軟物體撞擊的損傷二類：軟物體撞擊的損傷 軟物體主要是指飛鳥。軟物體主要是指飛鳥。 這種撞擊可能直接造成結(jié)構(gòu)破壞，有時只引起局部損這種撞擊可能直接造成結(jié)構(gòu)破壞，有時只引起局部損傷。這要看撞擊物的質(zhì)量、材料、撞擊速度和撞擊時傷。這要看撞擊物的質(zhì)量、材料、撞擊速度和撞擊時的角度。的角度。撞擊損傷區(qū)：撞擊損傷區(qū)：撞擊損傷區(qū)由兩部分組成：撞擊損傷區(qū)由兩部分組成：一是損傷源一是損

57、傷源有不規(guī)則的外形，有少量不同方向呈放有不規(guī)則的外形，有少量不同方向呈放 射狀的裂紋。射狀的裂紋。二是外延損傷二是外延損傷主要包括從損傷源的邊緣產(chǎn)生的主要包括從損傷源的邊緣產(chǎn)生的00與與 900裂紋，及在裂紋，及在00和和450界面上界面上 形成的形成的“樹葉狀樹葉狀”裂紋裂紋第三節(jié)第三節(jié) 雷擊損傷雷擊損傷一、雷擊分區(qū)一、雷擊分區(qū) 所有飛機(jī)都可能受到雷擊，飛機(jī)的不同部位受到雷所有飛機(jī)都可能受到雷擊，飛機(jī)的不同部位受到雷擊的幾率也不一樣。因此，我們將飛機(jī)劃分成幾個雷區(qū)。擊的幾率也不一樣。因此，我們將飛機(jī)劃分成幾個雷區(qū)。區(qū)域區(qū)域1：主要雷擊區(qū)。包括機(jī)頭雷達(dá)罩、整流罩前緣、翼：主要雷擊區(qū)。包括機(jī)頭雷

58、達(dá)罩、整流罩前緣、翼 尖、垂尾和平尾的表面。尖、垂尾和平尾的表面。區(qū)域區(qū)域2：雷擊掠過區(qū)。機(jī)身、發(fā)動機(jī)罩、各種短艙和機(jī)翼：雷擊掠過區(qū)。機(jī)身、發(fā)動機(jī)罩、各種短艙和機(jī)翼 的其它部分。的其它部分。區(qū)域區(qū)域3：飛機(jī)的其它部分。：飛機(jī)的其它部分。二、雷擊的損傷與防護(hù)二、雷擊的損傷與防護(hù) 由于復(fù)合材料的不導(dǎo)電性（碳纖維復(fù)材除外），雷由于復(fù)合材料的不導(dǎo)電性（碳纖維復(fù)材除外），雷擊的后果將會導(dǎo)致電弧附著表面的燒蝕和侵蝕。這與擊的后果將會導(dǎo)致電弧附著表面的燒蝕和侵蝕。這與雷擊金屬的損傷完全不同。雷擊金屬的損傷完全不同。 選擇復(fù)合材料做飛機(jī)結(jié)構(gòu)時，必須全面考慮防雷擊選擇復(fù)合材料做飛機(jī)結(jié)構(gòu)時，必須全面考慮防雷擊措施

59、。通常金屬結(jié)構(gòu)上采用的防雷擊措施，由于復(fù)合材措施。通常金屬結(jié)構(gòu)上采用的防雷擊措施，由于復(fù)合材料電阻大導(dǎo)熱差而不能使用。有效的防雷擊必須在金屬料電阻大導(dǎo)熱差而不能使用。有效的防雷擊必須在金屬與復(fù)合材料之間有良好的電連接，為積累的摩擦靜電和與復(fù)合材料之間有良好的電連接，為積累的摩擦靜電和雷擊電流提供良好的消散通路。雷擊電流提供良好的消散通路。 例如，在易遭遇雷擊的復(fù)合材料部件上火焰噴例如，在易遭遇雷擊的復(fù)合材料部件上火焰噴涂鋁或包鋁。如噴涂鋁還不足以提供必要的導(dǎo)涂鋁或包鋁。如噴涂鋁還不足以提供必要的導(dǎo)電性能時，可在結(jié)構(gòu)表面安裝電性能時，可在結(jié)構(gòu)表面安裝200A的鋁網(wǎng)，如的鋁網(wǎng)，如方向舵、升降舵的表

60、面常這樣處理。方向舵、升降舵的表面常這樣處理。第四節(jié)第四節(jié) 夾芯結(jié)構(gòu)的損傷夾芯結(jié)構(gòu)的損傷一、夾芯結(jié)構(gòu)的損傷類型一、夾芯結(jié)構(gòu)的損傷類型 1. 面板起皺面板起皺 當(dāng)夾芯結(jié)構(gòu)的一側(cè)面板或兩側(cè)面板承受壓縮載荷當(dāng)夾芯結(jié)構(gòu)的一側(cè)面板或兩側(cè)面板承受壓縮載荷時，如果膠粘劑平面的法向拉伸強(qiáng)度不夠高，面板可能時，如果膠粘劑平面的法向拉伸強(qiáng)度不夠高，面板可能局部向外凸出；如果芯子壓縮強(qiáng)度不夠，面板可能向內(nèi)局部向外凸出；如果芯子壓縮強(qiáng)度不夠，面板可能向內(nèi)凹陷。面板起皺一般是由于夾芯結(jié)構(gòu)受到較大的彎曲載凹陷。面板起皺一般是由于夾芯結(jié)構(gòu)受到較大的彎曲載荷或壓縮載荷而形成的。荷或壓縮載荷而形成的。2. 面板裂紋面板裂紋 3