材料工藝學(xué)（第六章）課件

材料工藝學(xué)纖維復(fù)合材料與工藝1材料工藝學(xué)纖維復(fù)合材料與工藝1第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

第六章纖維復(fù)合材料與工藝

6－1復(fù)合材料概述

6－2纖維增強復(fù)合材料

6－3其他復(fù)合材料

6－4復(fù)合材料的成型加工

2第六章纖維復(fù)合材料與工藝第六章纖維復(fù)合材料與工藝第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6－1復(fù)合材料概述6.1.1復(fù)合材料的概念

近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對材料性能的要求越來越高。有的除要求材料具有高強度、高模量、耐高溫、低密度以外，還對材料的韌性、耐磨、耐腐蝕、電性能提出了種種特殊要求。更特殊的是有些產(chǎn)品要求材料具有多重性能，如導(dǎo)電而絕熱，強度比鋼好，彈性比橡膠好，又能焊接等。這對單一的金屬、工程塑料和工業(yè)陶瓷來說是無能為力的。3第六章纖維復(fù)合材料與工藝6－1復(fù)合材料概述3第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

為了適應(yīng)原子能，航空、宇航、電子工業(yè)、通訊技術(shù)以及機械和化工等工業(yè)日益發(fā)展的要求，目前，材料向兩個方面發(fā)展：一是不斷地發(fā)現(xiàn)新原料，探索制造新材料。二是利用現(xiàn)有材料，采用一系列技術(shù)處理（復(fù)合技術(shù)），把一些不同性能的材料組合起來，創(chuàng)造出性能優(yōu)異的“復(fù)合材料”。復(fù)合材料是將一種或幾種材料用人工的方法均勻地與另一種材料結(jié)合而成的一種新型工程材料。

復(fù)合材料主要是為了克服單一材料的某些弱點，而采用合成材料的方式，從而充分發(fā)揮材料的綜合性能，取長補短，達(dá)到最好的使用要求。

4第六章纖維復(fù)合材料與工藝為了適應(yīng)原子能，第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

傳統(tǒng)復(fù)合材料漆器鋼筋混凝土新型復(fù)合材料金屬陶瓷5第六章纖維復(fù)合材料與工藝傳統(tǒng)復(fù)合材料5第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6.1.2復(fù)合材料的分類

復(fù)合材料按使用性可分為功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料兩類。復(fù)合材料按基體可分為三大類：即聚合物復(fù)合材料、金屬復(fù)合材料和陶瓷復(fù)合材料。復(fù)合材料按照復(fù)合形式可分為纖維增強復(fù)合材料、層合復(fù)合材料和顆粒復(fù)合材料三類，發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的是纖維增強復(fù)合材料。

6第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.1.2復(fù)合材料的分類6第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6.1.3復(fù)合材料的特點由于復(fù)合材料能集中和發(fā)揚組成材料的優(yōu)點，并能實行最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以具有許多優(yōu)越的特性。

l.比強度和比模量高

比強度（δb／γ）和比模量（E／γ）是度量材料承載能力的一個重要指標(biāo)。宇航、航空、交通運輸工具以及機械工程中高速運轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)零件需要盡量減輕自重而仍保持高的比強度和比模量。纖維增強復(fù)合材料的比強度、比模量都比較大，例如，碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，其比強度是鋼的7倍，比模量是鋼的4倍。據(jù)計算，當(dāng)用復(fù)合材料制成與高強度鋼具有相等強度和剛度的零件時，其重量可減輕70％左右。7第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.1.3復(fù)合材料的特點7第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

2.抗疲勞性能好

疲勞破壞是材料在交變載荷作用下，由于裂紋的形成和擴展而形成的低應(yīng)力破壞。一般金屬材料的疲勞極限達(dá)抗拉強度的40％－50%，而碳纖維增強的復(fù)合材料則可達(dá)70％－80％。金屬材料的疲勞一般是沿拉應(yīng)力方向由里向外迅速發(fā)展而造成突然斷裂（裂紋的擴展方向不變），通常事先沒有預(yù)兆。然而纖維增強復(fù)合材料在應(yīng)力狀態(tài)下，裂紋擴展方向要改變，裂紋尖端的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變化，在一定程度上阻止了裂紋的擴展。此外，由于纖維對基體的分割作用，使裂紋擴展路程更為曲折，對疲勞強度的提高也有顯著的影響，且破壞前有明顯預(yù)兆。8第六章纖維復(fù)合材料與工藝2.抗疲勞性能好8第六章

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3.減振能力強

復(fù)合材料構(gòu)成的自振頻率與結(jié)構(gòu)本身形狀有關(guān)，還與材料的比模量（E／γ）的平方根成正比。復(fù)合材料的比模最高，所以它的自振頻率很高，在一般加載速度或頻率的情況下，不容易發(fā)生共振而快速脆斷。另外，復(fù)合材料是一種非均質(zhì)多相體系材料，其中有大量界面。界面對振動有反射和吸收作用，一般基體的阻尼也較大，因此在復(fù)合材料中振動衰減都很快，例如，用同樣尺寸和形狀的梁進行試驗，金屬材料的梁9s才停止振動，而碳纖維復(fù)合材料則只要2.5s，可見阻尼之高。9第六章纖維復(fù)合材料與工藝3.減振能力強9第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

4.破損安全性好

纖維復(fù)合材料基體中有大量獨立的纖維，平均每平方厘米面積上的纖維少至幾千根，多至幾萬根，當(dāng)用此類材料制的構(gòu)件超載并有少量纖維斷裂時其載荷會迅速重新分配到未破壞的纖維上，不致造成構(gòu)件在瞬間完全喪失承載能力而斷裂，所以工作的安全性高。

5.耐熱性能好

一般鋁合金在400℃時，彈性模量大幅度降低，并接近于零，強度也顯著下降，然而碳（或硼）纖維增強的鋁在此溫度下強度和模量基本不變。樹脂基復(fù)合材料的耐熱一般都比它相應(yīng)的塑料有明顯的提高。10第六章纖維復(fù)合材料與工藝10第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6.成型工藝簡單靈活及材料、結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性

復(fù)合材料可用模具采用一次成型來制造各種構(gòu)件，從而減少了零件的數(shù)目及接頭等緊固件，外觀更簡潔，并可節(jié)省原材料及工時。更為突出的是復(fù)合材料可以通過纖維種類和各種不同方向鋪設(shè)的設(shè)計，使增強材料可有效發(fā)揮作用，把潛在的性能集中到必要的方向。通過調(diào)整復(fù)合材料各組份的成分，結(jié)構(gòu)及分配方式，既能使構(gòu)件在不同方向承受不同作用力，而且還可制得兼有剛性和韌性、彈性和塑性等矛盾性能的復(fù)合材料及多功能制品。11第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.成型工藝簡單靈活及材第六章

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6－2纖維增強復(fù)合材料

6.2.1玻璃纖維增強塑料玻璃纖維增強塑料即玻璃鋼，一種重要的工業(yè)造型材料，分熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼兩種。12第六章纖維復(fù)合材料與工藝6－2纖維增強復(fù)合材料12第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

l.熱塑性玻璃鋼

熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑和以熱塑性樹脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料。制作玻璃纖維的玻璃主要是二氧化硅和其他氧化物的熔體，含Na2O和K2O的量很少（低于1％）。玻璃纖維的比強度和比模量高，耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性能也較好。用作粘結(jié)材料的熱塑性樹脂有尼龍、聚碳酸酯、聚烯烴類、聚苯乙烯類、熱塑性聚脂等，其中以尼龍的增強效果最為顯著。熱塑性玻璃鋼同熱塑性塑料相比，強度和疲勞性能提高2－3倍以上，沖擊韌性提高2－4倍（與脆性塑料比），蠕變抗力提高2－5倍，達(dá)到或超過了某些金屬的強度。例如，40％玻璃纖維增強尼龍的強度超過了鋁合金而接近于鎂合金的強度。因此，可以用來取代這些金屬。13第六章纖維復(fù)合材料與工藝l.熱塑性玻璃鋼13第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

玻璃纖維增強尼龍的剛度、強度和減磨性好，可代替有色金屬制造軸承、軸承架、齒輪等精密機械零件，還常用于一些大型制品，如洗衣機的皮帶輪、電器罩殼以及耐熱容器等。也應(yīng)用在制造電工部件和汽車上的儀表盤、前后燈等。玻璃纖維增強苯乙烯類樹脂，廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)裝制品、收音機殼體、磁帶錄音機底盤、照相機殼、空氣調(diào)節(jié)器葉片等部件。玻璃纖維增強聚丙烯的強度、耐熱性和抗蠕變性能好，耐水性優(yōu)良，可以作轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體、電風(fēng)扇、空調(diào)設(shè)備、洗衣機、臺燈、音箱等制品。玻璃纖維增強聚碳酸酯復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小并耐沖擊，主要應(yīng)用于電器開關(guān)、冷卻器等。14第六章纖維復(fù)合材料與工藝玻璃纖維增強尼龍的剛度第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

2.熱固性玻璃鋼

通常將熱固性玻璃鋼簡稱玻璃鋼。熱固性樹脂常用的為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和有機硅樹脂等四種。酚醛樹脂出現(xiàn)最早，環(huán)氧樹脂性能較好，應(yīng)用較普遍。熱固性玻璃鋼主要有以下特點：（1）有高的比強度。（2）具有良好的電絕緣性和絕熱性。（3）對于腐蝕性化學(xué)介質(zhì)都具有穩(wěn)定性。（4）根據(jù)需要可制成半透明或特別的保護色和辨別色。（5）能承受超高溫的短時作用。（6）方便制成任意曲面形狀、不同厚度和非常復(fù)雜的形狀。（7）具有防磁、透過微波等特殊性能。15第六章纖維復(fù)合材料與工藝2.熱固性玻璃鋼15第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

玻璃鋼在產(chǎn)品設(shè)計中主要應(yīng)用于以下幾方面：（1）在宇航和航空方面，我國生產(chǎn)的殲8、轟6等飛機雷達(dá)罩也是用玻璃鋼制成。如美BV－360型全復(fù)合材料機身直升飛機，其中多數(shù)為玻璃鋼。（2）在造船方面，1942年美國用玻璃纖增強不飽和聚酯樹脂制成了世界上第一艘快艇。玻璃鋼還可用于艦艇上層建筑、配件或各種船裝件。（3）在車輛制造方面，玻璃鋼可代替鋼材制造汽車、機車、客車、拖拉機車身，以及其他配件。如車頂、車門、窗框、發(fā)動機罩、通風(fēng)窗、儀表盤。擋泥板、電瓶箱、油箱等16第六章纖維復(fù)合材料與工藝玻璃鋼在產(chǎn)品設(shè)計中主要第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

（4）在電機電器方面，用玻璃鋼可以制造重型發(fā)電機的護環(huán)，要求剛性好、耐熱性好的電熱器、電風(fēng)扇、空調(diào)設(shè)備、洗衣機、音箱等制品。（5）在石油、化工方面，代替不銹鋼、銅、鋁等金屬。玻璃鋼還可廣泛用于各種貯罐、容器、管道、運輸槽車、洗滌器、排氣煙道、冷卻塔、酸洗槽、風(fēng)機葉片等。（6）在其他方面，玻璃鋼在工業(yè)造型方面的應(yīng)用也非常廣泛。玻璃鋼在醫(yī)學(xué)上可用于制造假肢，體育上可制造撐桿跳高的撐桿，音樂上可用于制造風(fēng)琴外殼、定音鼓，美術(shù)上可用于雕塑、壁畫、工藝品，家庭生活用品上可用于制造家具、門窗、衛(wèi)生間成套設(shè)備以及收錄機、電視機、洗衣機的殼體、電風(fēng)扇、空調(diào)設(shè)備等。17第六章纖維復(fù)合材料與工藝（4）在電機電器方面，用巴加(Baja)輕巧型汽車車底盤和頂部結(jié)構(gòu)由玻璃纖維、乙烯樹脂、balsa(美洲熱帶一種輕質(zhì)木材)的中心部分制成18巴加(Baja)輕巧型汽車18陸地運輸工具（主要為汽車）：31.86％建筑市場：20.81％化工防腐制品：11.59％船舶游艇：10.05％電氣電子：10.03％消費品（包括休閑運動）：6.26％家電/辦公設(shè)備：5.50％航空航天：0.06％其它：3.20％玻璃鋼/復(fù)合材料的應(yīng)用模式

世界三個主要玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)地區(qū)的復(fù)合材料應(yīng)用模式不盡相同。以美國1999年的玻璃鋼/復(fù)合材料市場為例，這一年美國共生產(chǎn)1703522噸玻璃鋼復(fù)合材料（包括熱固性及熱塑性玻璃鋼），它在各個市場的應(yīng)用比例如下:19陸地運輸工具（主要為汽車）：31.86％建筑市場：20.81歐洲玻璃鋼/復(fù)合材料市場情況如下：

交通運輸（汽車、火車）：33％建筑與公共設(shè)施：31％工農(nóng)業(yè)設(shè)備（包括防腐等）：14％消費品（體育、休閑）：10％電子、電氣：8％其它：4％20歐洲玻璃鋼/復(fù)合材料市場情況如下：交通運輸（汽車、火車）：亞太地區(qū)（不包括中國），復(fù)合材料各市場比例如下：

電子/電力：32％建筑與公共設(shè)施：30％交通運輸：

17％體育林閑設(shè)施：11％工農(nóng)業(yè)設(shè)備：8％其它：2％21亞太地區(qū)（不包括中國），復(fù)合材料各市場比例如下：電子/電力第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6.2.2碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合料材料是60年代迅速發(fā)展起來的。碳纖維是一種強度比鋼大、比重比鋁小的新穎材料，與玻璃纖維相比，碳纖維具有高強度、高模量的特點。碳纖維是比較理想的增強材料，可用來增強塑料、金屬和陶瓷。

22第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.2.2碳纖維復(fù)合材料2第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

l.碳纖維樹脂復(fù)合材料

作基體的樹脂目前應(yīng)用最多的是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氯乙烯。這類復(fù)合材料的比重比鋁輕。強度比鋼高、彈性模比鋁合金和鋼大，疲勞強度高，沖擊韌性好，同時耐水和濕氣，化學(xué)穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，受X線輻射時強度和模量不變化等?？梢杂米饔钪骘w行器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機架、殼體、天線構(gòu)架，作各種機器中的齒輪、軸承等受載磨損零件，活塞、密封圈等受磨擦件。也用作化工零件和容器等。這類材料的主要問題是，碳纖維與樹脂的粘結(jié)力不夠大，各向異性強度較高，耐高溫性能差等。23第六章纖維復(fù)合材料與工藝l.碳纖維樹脂復(fù)合材料第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

相機碳纖維前面罩：采用碳纖維編織布成型。

24第六章纖維復(fù)合材料與工藝相機碳纖維前面罩：采用碳纖維編第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

三幅條式空心碳纖維輪轂：用于自行車或輪椅的后輪。重量輕，強度高，韌性好，耐腐蝕，壽命長。25第六章纖維復(fù)合材料與工藝三幅條式空心碳纖維輪轂：用于第六章

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2.碳纖維金屬復(fù)合材料

碳不易被金屬潤濕，在高溫下容易生成金屬碳化物，所以這種材料的制作比較困難?，F(xiàn)在主要用于熔點較低的金屬或合金。在碳纖維表面鍍金屬，制成了碳纖維鋁基復(fù)合材料。這種材料直到接近于金屬熔點時，仍有很好的強度和彈性模量。用碳纖維和鋁錫合金制成的復(fù)合材料，是一種減摩性能比鋁錫合金更優(yōu)越，強度很高的高級軸承材料。26第六章纖維復(fù)合材料與工藝2.碳纖維金屬復(fù)合第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

碳纖維引擎蓋：

A級表面精度，重量輕。

27第六章纖維復(fù)合材料與工藝碳纖維引擎蓋：27第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

汽車防撞梁：重量輕，強度高，韌性好。

28第六章纖維復(fù)合材料與工藝汽車防撞梁：重量輕，強度高，韌第六章

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3.碳纖維陶瓷復(fù)合材料

我國研制一種碳纖維石英玻璃復(fù)合材料。同石英玻璃相比，它的抗彎強度提高了約12倍，沖擊韌性提高約40倍，熱穩(wěn)定性也非常好，它克服了玻璃最大的缺點：脆性，從而變成了比某些金屬還堅固的不碎玻璃，是有前途的新型陶瓷材料。如果在普通玻璃中混以60％的碳纖維細(xì)粉，強度也要提高許多倍。29第六章纖維復(fù)合材料與工藝3.碳纖維陶瓷復(fù)第六章

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6.2.3其他纖維復(fù)合材料

1.硼纖維復(fù)合材料

硼纖維是由硼氣相沉積在鎢絲上來制取的。硼纖維的抗拉強度與玻璃纖維差不多，但彈性模量為玻璃纖維的5倍?；w主要為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂。特點是，抗壓強度（為碳纖維樹脂復(fù)合材料的2－2.5倍）和抗剪強度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的疲勞強度，耐輻射，對水、有機溶劑和燃料、潤滑劑都很穩(wěn)定。

30第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.2.3其他纖維復(fù)合材料第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

由于硼纖維是半導(dǎo)體，所以它的復(fù)合材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很好。硼纖維樹脂材料主要應(yīng)用于航空和宇航工業(yè)，制造翼面、儀表、轉(zhuǎn)子、壓氣機葉片、直升飛機螺旋漿葉和傳動軸等。常用基體為鋁、鎂、鈦及其合金的硼纖維金屬復(fù)合材料，一般硼纖維的體積含量約為30％－50％。用高模量連續(xù)硼纖維增強的鋁基復(fù)合材料的強度、彈性模量和疲勞極限一直到5000C都比高強度鋁合金和高耐熱鋁合金的高。它在4000C時的持久強度為燒結(jié)鋁的5倍，它的比強度比鋼和鈦合金還高，所以在航空和火箭技術(shù)中很有發(fā)展前途。31第六章纖維復(fù)合材料與工藝由于硼纖維是半導(dǎo)體，所第六章

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2.晶須增強復(fù)合材料

近年來用晶須代替纖維組成的復(fù)合材料發(fā)展很快。晶須是一種單晶纖維，它是金屬或陶瓷自由長大的針狀單晶體，直徑在30μm以下，長度約幾毫米。由于它不存在晶體缺陷，它的強度極高，可接近于原子結(jié)合力的理論強度。目前已有小批量生產(chǎn)的氧化鋁、氮化鋁和氮化硅幾種晶須。由于成本高，多用于尖端工程，有時也用晶須作為玻璃鋼制品的輔助增強材料，在沖力特別高的部位上撒上晶須，可使該部位局部增強。32第六章纖維復(fù)合材料與工藝2.晶須增強復(fù)合第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

3.芳綸14復(fù)合材料芳綸纖維全稱為"聚對苯二甲酰對苯二胺",英文為Aramidfiber（杜邦公司的商品名為Kevlar），是一種新型高科技合成纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能,其強度是鋼絲的5～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560度的溫度下，不分解，不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。與無機纖維相比，富有韌性，斷裂伸長大，因此有較好的抗沖擊性能。它與環(huán)氧樹脂等組成復(fù)合材料已在飛機、宇航方面得到應(yīng)用。33第六章纖維復(fù)合材料與工藝3.芳綸14復(fù)合第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

凱芙拉高級箱包：凱芙拉（芳綸）帆布面料。防切劃

34第六章纖維復(fù)合材料與工藝凱芙拉高級箱包：凱芙拉（芳綸）第六章

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6－3其他復(fù)合材料

6.3.1層合復(fù)合材料層合復(fù)合材料是由兩層或兩層以上不同材料結(jié)合而成的，其目的是為了將組分層的最佳性能組合起來以得到更為有用的造型材料。用層合法增強的復(fù)合材料可使強度、剛度、耐磨、耐腐蝕、絕熱、隔音、減輕自重等若干性能分別得到改善。下面介紹常用于產(chǎn)品設(shè)計中的層合復(fù)合材料：

35第六章纖維復(fù)合材料與工藝6－3其他復(fù)合材料35第六章

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l.層壓金屬復(fù)合材料

由兩層或多層不同金屬組成的復(fù)合材料。最簡單的層壓金屬復(fù)合材料是雙層金屬復(fù)合材料，它是將兩塊具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬膠合在一起。用它組成懸臂梁，當(dāng)溫度發(fā)生變化后，由于熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生預(yù)定的翹曲變形，從而可以作為測量和控制溫度的簡易恒溫器。不銹鋼—普通鋼復(fù)合材料，合金鋼—普通鋼復(fù)合材料亦是典型的雙層金屬復(fù)合材料?；ぴO(shè)備上采用包鈦鋼來代替全鈦材料制造容器，既發(fā)揮鈦的抗腐蝕、抗磨蝕和抗污垢等性能，又節(jié)約鈦的用量，降低制造成本?，F(xiàn)在美國所有的硬幣都是用金屬層壓板制造的，這種層壓板是由銅夾層和外包較薄的銅鎳合金（銅75%，鎳25％）組成，銅鎳包層具有外觀色澤柔和、抗磨損和抗腐蝕等優(yōu)點，而內(nèi)層銅可保證錢幣密度。36第六章纖維復(fù)合材料與工藝l.層壓金屬復(fù)合材料第六章

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2.塑料——金屬多層復(fù)合材料

用于生產(chǎn)中的SF型的三層復(fù)合材料是以鋼板為基體，燒結(jié)銅球為中間層，用聚四氟乙烯或聚甲醛塑料為表層的一種自潤滑材料。它的物理、機械性能取決了基體，摩擦磨損性能取決于塑料。鋼與塑料之間通過多孔性青銅為媒介，所獲得的粘結(jié)力一般可大于噴涂層和粘貼層，一旦塑料磨損，露出青銅，也不致嚴(yán)重磨傷配件表面。這種材料大量用作裝飾材料或作產(chǎn)品的殼體等，在冷凍機、冰箱、洗衣機、儀表等產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用。另外鋁復(fù)塑板和鋼復(fù)塑板復(fù)合材料也有應(yīng)用。37第六章纖維復(fù)合材料與工藝2.塑料——金屬第六章

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3.夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

它是由兩層薄而強的面板（或稱蒙皮）中間夾著一層輕而弱的芯子組成，一般面板是由抗拉、抗壓強度高、彈性模量大的材料組成，如金屬、玻璃鋼、增強塑料等。芯子的結(jié)構(gòu)類型有兩大類，一是實心的，一是蜂窩格子。芯子材料根據(jù)要求的性能而異，常用泡沫塑料或木屑、石棉等。蜂窩格子常用金屬箔、玻璃鋼等。面板和芯子的連接方法一般用膠粘劑膠結(jié)，金屬材料可用焊接。夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點主要有：（1）比重小，減輕了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量；（2）具有較高的剛度和抗壓穩(wěn)定性；（3）可以根據(jù)需要選擇面板和芯子的材料，以得到所需的性能和質(zhì)感。38第六章纖維復(fù)合材料與工藝3.夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

6.3.2顆粒復(fù)合材料顆粒復(fù)合材料是由一種或多種材料的顆粒均勻分散在基體材料內(nèi)所組成的材料。例如金屬學(xué)中的彌散強化的金屬材料就是一種顆粒復(fù)合材料。顆粒復(fù)合材料的增強原理是利用大小適宜的增強粒子呈高度彌散分布在基體中，以阻止基體塑性變形的位錯運動（金屬）或分子鏈的運動（高分子材料）。增強粒子直徑的大小直接影響增強效果，直徑太小則形成固溶體，太大又容易引起應(yīng)力集中使增強效果下降。39第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.3.2顆粒復(fù)合材料第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

金屬陶瓷是常見的一種顆粒復(fù)合材料。金屬及其合金的熱穩(wěn)定性好、延伸性好，但在高溫下易氧化和蠕變，陶瓷則脆性大，熱穩(wěn)定性差，但耐高溫、耐腐蝕。為取長補短，將陶瓷微粒分散于金屬基體中，使二者復(fù)合一體即是金屬陶瓷。金屬陶瓷分為以陶瓷為基質(zhì)和以金屬為基質(zhì)兩類：金屬陶瓷具有高硬度、高強度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和膨脹系數(shù)小等特點，是一種優(yōu)良的工具材料。金屬基金屬陶瓷是在金屬基體中加入氧化物細(xì)粉制得，又稱彌散增強材料。主要有燒結(jié)鋁(鋁-氧化鋁)、燒結(jié)鈹（鈹-氧化鈹）、TD鎳（鎳-氧化釷）等。40第六章纖維復(fù)合材料與工藝金屬陶瓷是常見的一種顆第六章

纖維復(fù)合材料與工藝

除金屬陶瓷外，還有石墨—鋁合金顆粒復(fù)合材料，就是在鋁液中加入顆粒狀石墨并懸浮于鋁合金中，是新型的軸承材料。另外碳黑—橡膠也是常用的耐磨顆粒復(fù)合材料。41第六章纖維復(fù)合材料與工藝除金屬陶瓷外，還有石墨—鋁合金第六章

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6.3.3功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料是指除機械性能以外而提供其他物理性能的復(fù)合材料。如:導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、吸波、透波、摩擦、屏蔽、阻燃、防熱、吸聲、隔熱等凸顯某一功能。統(tǒng)稱為功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料主要由功能體和增強體及基體組成。功能體可由一種或以上功能材料組成。多元功能體的復(fù)合材料可以具有多種功能。同時，還有可能由于復(fù)合效應(yīng)而產(chǎn)生新的功能。目前已有實用的事例，如溫度自控塑料發(fā)熱體，它將塑料受熱脹大變形的熱變形功能與石墨粉粒具有接觸電阻隨變形而改變的功能考慮在一起而制成的。復(fù)合時使石墨分散在塑料中，如果將此復(fù)合材料與電源接通，則由于電流通過電阻而發(fā)熱，發(fā)熱使塑料膨脹而變形，從而使石墨接觸電阻變大，減少電流使發(fā)熱體溫度降低，這樣就能實現(xiàn)自控的作用，這種自控發(fā)熱體已用于石油化工管道的保溫上。42第六章纖維復(fù)合材料與工藝6.3.3功能復(fù)合材料4塑銅復(fù)合管43塑銅復(fù)合管43鋁紙復(fù)合44鋁紙復(fù)合44鋁塑復(fù)合包裝45鋁塑復(fù)合包裝45塑鋼門窗46塑鋼門窗46塑鋼門窗的型材截面47塑鋼門窗的型材截面47歷史上機身幾乎無一例外的由鋁制成，用鋼加固關(guān)鍵部位，如發(fā)動機襯里和起落架。自從噴氣發(fā)動機使用以來，鈦用于抵御機身的高溫。鈦之后是更高級的復(fù)合材料，通常是碳、硼纖維及環(huán)氧化合物。這種復(fù)合材料非常輕，可以在某特定方向上增加強度（用于特殊目的）。

碳/環(huán)氧樹脂尼龍纖維/高熔點聚酰胺(可用以制宇航服或消防服)碳/尼龍纖維/環(huán)氧樹脂尼龍纖維/泡沫塑料玻璃纖維增強塑料碳/高熔點聚酰胺

48歷史上機身幾乎無一例外的由鋁制成，用鋼加固關(guān)鍵部位，如發(fā)動機第六章

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6－4復(fù)合材料的成型加工

6.4.1樹脂一纖維復(fù)合材料的成型與加工纖維增強塑料制品，一般都可以用普通的塑料成型加工方法制作，而長纖維或纖維制品與樹脂復(fù)合而成的玻璃鋼，則采用以下幾種成型方法。49第六章纖維復(fù)合材料與工藝6－4復(fù)合材料的成型加工4第六章

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1.手糊法

在模具上刷一層已知固化劑的樹脂，然后貼一層纖維織物，用刷子刷平整再刷上一層樹脂，又貼一層纖維織物，直至所需厚度為止，涂刷結(jié)束后，需加上一定壓力讓其在室溫下（或加熱）固化成型。這種成型辦法簡單、設(shè)備費用、生產(chǎn)成本低，制品形狀和尺寸不受限制，故適用性廣。但由于靠手工操作、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不夠