復(fù)合材料.ppt1

1、二、復(fù)合材料的分類二、復(fù)合材料的分類功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料（注重物理性能）（注重物理性能）結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（注重力學(xué)性能）（注重力學(xué)性能）三三. . 復(fù)合材料的性能比較復(fù)合材料的性能比較裂紋擴(kuò)展示意圖裂紋擴(kuò)展示意圖各種材料的比強(qiáng)度和比模量各種材料的比強(qiáng)度和比模量層合體設(shè)計(jì)層合體設(shè)計(jì)BBAAffCOOHCHHOOCn)(2OHCHHOm)(2COOHCHCHHOOCmnCHOCOCHOCO)()(22OCOCHCHOCOb.b.固化：固化： 固化劑固化劑 - - 乙烯、苯乙烯、丁二烯等單體。乙烯、苯乙烯、丁二烯等單體。 引發(fā)劑引發(fā)劑 - - 過(guò)氧化物（加熱固化）過(guò)氧化物（加熱固化） 促

2、進(jìn)劑促進(jìn)劑 - - 苯胺類和有機(jī)鈷。室溫固化。苯胺類和有機(jī)鈷。室溫固化。c.c.特點(diǎn)特點(diǎn) 粘度低，工藝性好。粘度低，工藝性好。 綜合性能好，價(jià)廉，用量約占綜合性能好，價(jià)廉，用量約占80% 80% 。 苯乙烯等揮發(fā)大有毒，體積收縮大，耐熱性、強(qiáng)度苯乙烯等揮發(fā)大有毒，體積收縮大，耐熱性、強(qiáng)度 和模量較低。和模量較低。 一般不與高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合，與玻璃纖維復(fù)合制一般不與高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合，與玻璃纖維復(fù)合制 作次受力件。作次受力件。環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷二酚基化合物二酚基化合物堿堿O O通式：線性預(yù)聚體通式：線性預(yù)聚體 CHCH2 2 - CH - CH- CH - CH2 2 O - - R - -

3、 O O - - R - - O n nO O其中其中R: R: CHCH3 3- C - C -CHCH3 3A A 丙基丙基- CH- CH2 2 - - F F 亞甲基亞甲基O O- S - S -O OS S 砜砜 雙酚型環(huán)氧含硬性苯環(huán)，鏈剛性較高，只能用聚合雙酚型環(huán)氧含硬性苯環(huán)，鏈剛性較高，只能用聚合度低的樹(shù)脂。耐熱性好，強(qiáng)度高，韌性差。度低的樹(shù)脂。耐熱性好，強(qiáng)度高，韌性差。固化特點(diǎn)：固化特點(diǎn)： 環(huán)氧活性基都在鏈兩端，固化交聯(lián)點(diǎn)不高。環(huán)氧活性基都在鏈兩端，固化交聯(lián)點(diǎn)不高。b. b. 非雙酚型非雙酚型 鏈內(nèi)含有環(huán)氧基，交聯(lián)密度高，結(jié)合強(qiáng)度及耐熱性均提高。鏈內(nèi)含有環(huán)氧基，交聯(lián)密度高，結(jié)合

4、強(qiáng)度及耐熱性均提高。 三聚氰酸環(huán)氧含三氮雜環(huán)，有自熄性，耐電弧性好。三聚氰酸環(huán)氧含三氮雜環(huán)，有自熄性，耐電弧性好。環(huán)氧樹(shù)脂固化：環(huán)氧樹(shù)脂固化： 環(huán)氧樹(shù)脂分子中都含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，可與多環(huán)氧樹(shù)脂分子中都含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，可與多種固化劑交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。種固化劑交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 常用固化劑：常用固化劑： 二元胺類、二元酸酐類。若選用芳香族胺或咪唑二元胺類、二元酸酐類。若選用芳香族胺或咪唑類固化劑，強(qiáng)度及耐熱性可進(jìn)一步提高，但沖擊韌性類固化劑，強(qiáng)度及耐熱性可進(jìn)一步提高，但沖擊韌性會(huì)有一定的影響。會(huì)有一定的影響。 潛伏劑：潛伏劑： 單組份產(chǎn)品可加入潛伏劑，如雙氰胺，室溫下可單組份產(chǎn)品可加入潛

5、伏劑，如雙氰胺，室溫下可存放存放6 6個(gè)月，個(gè)月，145 145 165165下，下，80min80min可固化?？晒袒－h(huán)氧樹(shù)脂特點(diǎn)：環(huán)氧樹(shù)脂特點(diǎn)： 粘附力好，韌性較好，收縮率低。復(fù)合材料粘附力好，韌性較好，收縮率低。復(fù)合材料 強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定。強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定。 電性能好。介電強(qiáng)度高，耐電弧優(yōu)良的絕緣材料。電性能好。介電強(qiáng)度高，耐電弧優(yōu)良的絕緣材料。 耐酸堿耐溶劑性強(qiáng)。耐酸堿耐溶劑性強(qiáng)。 熱穩(wěn)定性良好。熱穩(wěn)定性良好。O OH H C - H C - HOHOH1 15 53 3特點(diǎn)：特點(diǎn)： 耐熱性高，可達(dá)耐熱性高，可達(dá)315315。價(jià)格最低。粘附性較。價(jià)格最低。粘附性較 差，收縮率大差，收

6、縮率大, ,氣孔率高，性脆。氣孔率高，性脆。改性：改性： 引入柔性鏈。如：聚乙烯醇縮丁醛引入柔性鏈。如：聚乙烯醇縮丁醛 降低樹(shù)脂中降低樹(shù)脂中 -OH -OH 基的含量。如：以苯胺或二甲基的含量。如：以苯胺或二甲 苯取代部分苯酚。提高電性能。苯取代部分苯酚。提高電性能。 硼酸改性酚。吸水性、耐熱性、脆性和電學(xué)性能硼酸改性酚。吸水性、耐熱性、脆性和電學(xué)性能 均提高。均提高。 O- O- C- -O-CC- -O-C + NaCl+ NaClCHCH3 3CHCH3 3O ONaO- -C- -ONa + Cl-C-ClNaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl CHCH3 3CHCH3 3O

7、O二二. . 金屬基材料金屬基材料三三. . 陶瓷材料陶瓷材料金屬和陶瓷基金屬和陶瓷基一一. . 玻璃纖維玻璃纖維GFGF 粗紗粗紗 30m 30m 無(wú)捻粗紗、無(wú)紡布無(wú)捻粗紗、無(wú)紡布 初級(jí)紗初級(jí)紗 20m 20m 短切纖維、纖維氈短切纖維、纖維氈 中級(jí)紗中級(jí)紗 101020m 20m 高級(jí)紗高級(jí)紗 3 310m 10m 紡織紡織 浸潤(rùn)劑作用：使纖維柔順，防止磨損。常用的有：浸潤(rùn)劑作用：使纖維柔順，防止磨損。常用的有： 石蠟乳液石蠟乳液 復(fù)合前須清除復(fù)合前須清除 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 不必清除不必清除 改性有機(jī)硅類改性有機(jī)硅類 不必清除不必清除碳纖維編織布碳纖維編織布碳纖維板碳纖維板碳纖維碳

8、纖維碳纖維編織環(huán)碳纖維編織環(huán)碳管碳管碳纖維高爾夫球桿碳纖維高爾夫球桿碳纖維結(jié)構(gòu)件碳纖維結(jié)構(gòu)件碳纖維自行車碳纖維自行車碳纖維齒輪碳纖維齒輪C/CC/C軸承止推環(huán)軸承止推環(huán)原料選擇原則：原料選擇原則： C鏈結(jié)構(gòu)，雜鏈結(jié)構(gòu)只能成碳黑。鏈結(jié)構(gòu)，雜鏈結(jié)構(gòu)只能成碳黑。 易于交聯(lián)、環(huán)化，碳收率高。易于交聯(lián)、環(huán)化，碳收率高。 主鏈內(nèi)含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)、硬性、結(jié)晶度高的纖維。主鏈內(nèi)含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)、硬性、結(jié)晶度高的纖維。N- -N-C- -CN- -N-C- -CH HO OH HO ONH- -CONH- -COn n 結(jié)構(gòu)與尼龍相似，含大量的高極性酰胺鍵，結(jié)構(gòu)與尼龍相似，含大量的高極性酰胺鍵， 但含苯環(huán)硬性鏈。但含苯

9、環(huán)硬性鏈。 型型型型三三. . 芳綸纖維芳綸纖維KFKF芳綸編織布芳綸編織布芳綸復(fù)合防彈衣芳綸復(fù)合防彈衣芳綸纖維芳綸纖維防彈頭盔防彈頭盔自行車鏈輪自行車鏈輪航空、航天器航空、航天器EA2104796基體基體纖維纖維- - SiSi O O - - SiSiOHOHOHOH、聚酯玻璃鋼、聚酯玻璃鋼 加工性能最好加工性能最好。低粘度，可室溫固化；價(jià)低，用。低粘度，可室溫固化；價(jià)低，用量占量占80% 80% 。、環(huán)氧玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼 綜合力學(xué)性能最好綜合力學(xué)性能最好，耐蝕性好；粘度大，施工困，耐蝕性好；粘度大，施工困難。難。酚醛玻璃鋼酚醛玻璃鋼 耐熱性最好耐熱性最好, , 350350長(zhǎng)期使用，短

10、期可達(dá)長(zhǎng)期使用，短期可達(dá)10001000；電學(xué)性能好，耐電弧。電學(xué)性能好，耐電弧。 玻璃鋼采光板玻璃鋼采光板玻璃鋼汽車保險(xiǎn)杠玻璃鋼汽車保險(xiǎn)杠玻璃鋼型材玻璃鋼型材透光型玻璃鋼透光型玻璃鋼體育館采光體育館采光賽艇、帆船殼體賽艇、帆船殼體3 3、高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)塑料、高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)塑料 、C C纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)塑料 比強(qiáng)度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很比強(qiáng)度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很 好?？箾_擊性差，價(jià)格昂貴。好。抗沖擊性差，價(jià)格昂貴。 、芳綸纖維增強(qiáng)塑料、芳綸纖維增強(qiáng)塑料 與塑料相容性好，價(jià)格適中，應(yīng)用前景廣泛。與塑料相容性好，價(jià)格適中，應(yīng)用前景廣泛。 抗拉強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度與C C纖維

11、相當(dāng)，沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于纖維相當(dāng)，沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于C C纖維；纖維； 振動(dòng)衰減是玻璃鋼的振動(dòng)衰減是玻璃鋼的4 45 5倍。倍。 抗壓性能差?？箟盒阅懿睢Ｌ祭w維頭盔碳纖維頭盔地鐵閘瓦地鐵閘瓦芳芳綸綸纖纖維維增增強(qiáng)強(qiáng)C C纖纖維維增增強(qiáng)強(qiáng) 三、三、聚合物基聚合物基復(fù)合材料設(shè)計(jì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)條件確定設(shè)計(jì)條件原料選擇原料選擇單層單層設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)層合板設(shè)計(jì)層合板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)校核實(shí)驗(yàn)校核材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用使用性能性能成分成分/ /結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)加工加工工藝工藝材料材料性能性能靜載靜載 - - 強(qiáng)度，剛度。強(qiáng)度，剛度。動(dòng)載動(dòng)載 - - 抗沖擊強(qiáng)度。抗沖擊強(qiáng)度。交變交變 - - 疲勞強(qiáng)度。

12、疲勞強(qiáng)度。、剛度預(yù)測(cè)與核定、剛度預(yù)測(cè)與核定 理論推測(cè)，實(shí)驗(yàn)核定。理論推測(cè)，實(shí)驗(yàn)核定。、強(qiáng)度預(yù)測(cè)與核定、強(qiáng)度預(yù)測(cè)與核定 橫向強(qiáng)度預(yù)測(cè)困難，以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。橫向強(qiáng)度預(yù)測(cè)困難，以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。 縱向拉伸強(qiáng)度縱向拉伸強(qiáng)度 （纖維延伸率小，首先斷裂。）（纖維延伸率小，首先斷裂。）mmcmmffcVVVmaxmax纖維量多，取決于纖維纖維量多，取決于纖維纖維量少，取決于基體纖維量少，取決于基體 縱向壓縮強(qiáng)度縱向壓縮強(qiáng)度 )1 (32fmfffcVEEVVfmcVG1取計(jì)算結(jié)果小者取計(jì)算結(jié)果小者最后以實(shí)驗(yàn)校核為準(zhǔn)最后以實(shí)驗(yàn)校核為準(zhǔn)4 4、層合板設(shè)計(jì)、層合板設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：確定鋪層取向，鋪層順序，層合厚度。內(nèi)容包括：

13、確定鋪層取向，鋪層順序，層合厚度。0/+45/90/-450/+45/90/-45 0/900/90 0 0 4545 沖擊載荷沖擊載荷分散應(yīng)力分散應(yīng)力主承載主承載可拆分件可拆分件旋旋翼翼與與旋旋轂轂可可合合并并四四. . 成型加工成型加工蠟型脫模劑蠟型脫模劑、膠液配方、膠液配方手糊玻璃鋼賽舟手糊玻璃鋼賽舟聚脂、聚脂、環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂酚醛、酚醛、熱塑性樹(shù)脂熱塑性樹(shù)脂計(jì)算機(jī)控制的纏繞機(jī)計(jì)算機(jī)控制的纏繞機(jī)玻璃鋼固化玻璃鋼固化玻璃鋼管道玻璃鋼管道4. 4. 拉擠成型拉擠成型 擠壓法擠壓法 生產(chǎn)橫截面相同的線型型材。生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)橫截面相同的線型型材。生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，纖維含量

14、可高達(dá)纖維含量可高達(dá)404080% 80% 。 塑塑 - - 木木 復(fù)復(fù) 合合二、制造方法及關(guān)鍵技術(shù)二、制造方法及關(guān)鍵技術(shù) 纖維的均勻分布。纖維的均勻分布。 控制界面反應(yīng)。控制界面反應(yīng)。 六、六、C C纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料料2 2、解決方法、解決方法 電鍍電鍍TaTa、NiNi、AgAg包覆包覆 涂覆涂覆SiCSiC、TiCTiC、B B4 4C C等等 壓滲法壓滲法 復(fù)合纖維制備復(fù)合纖維制備 C纖維具有很好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和自潤(rùn)滑性纖維具有很好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和自潤(rùn)滑性能，價(jià)格也較能，價(jià)格也較B纖維有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景光明。纖維有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景光明。C C纖維壓滲纖維壓

15、滲AlAl涂涂NiNi碳纖維拉絲復(fù)合碳纖維拉絲復(fù)合AlAl七、自增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料七、自增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料鋁木復(fù)合板鋁木復(fù)合板銅包鋼導(dǎo)線銅包鋼導(dǎo)線鎳鎳/ /不銹鋼不銹鋼鈦鈦/ /銅復(fù)合銅復(fù)合陶瓷陶瓷/ /鋼復(fù)合管鋼復(fù)合管鋁蜂窩復(fù)合板鋁蜂窩復(fù)合板金屬基復(fù)合材料實(shí)例金屬基復(fù)合材料實(shí)例三、成型工藝三、成型工藝3 3浸漬法浸漬法 長(zhǎng)纖維編織或纏繞成型，浸漬陶瓷漿，干燥燒結(jié)。長(zhǎng)纖維編織或纏繞成型，浸漬陶瓷漿，干燥燒結(jié)。 工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)密度低。工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)密度低。 四四 應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向二、水泥基復(fù)合材料種類二、水泥基復(fù)合材料種類 聚合物部分取代水泥。要求聚合物具有親水性，在聚合物部

16、分取代水泥。要求聚合物具有親水性，在水中或能溶解或能分散成乳液。水中或能溶解或能分散成乳液。 加入狀態(tài)可以是單體、聚合物乳液、聚合物粉末。加入狀態(tài)可以是單體、聚合物乳液、聚合物粉末。最終配方滿足耐久性要求最終配方滿足耐久性要求2 2、纖維增強(qiáng)水泥的成型、纖維增強(qiáng)水泥的成型 (1)(1)、直接噴射法、直接噴射法 砂漿配比：砂漿配比：W/C = 0.3W/C = 0.30.4 0.4 ； S/C =0.5S/C =0.51 1 耐堿短切纖維：耐堿短切纖維：121250mm 50mm ；含量約；含量約3 35% 5% 。 (3)(3)、預(yù)混料澆鑄法、預(yù)混料澆鑄法 纖維與砂漿混合，鑄模成型。纖維與砂漿

17、混合，鑄模成型。(4)(4)、壓力法、壓力法 預(yù)混料鑄模后預(yù)混料鑄模后，加壓脫水。，加壓脫水。(5)(5)、離心成型法、離心成型法 離心成型離心成型 + + 脫水。脫水。 適合于回轉(zhuǎn)體構(gòu)件，纖維可進(jìn)行表面集中增強(qiáng)。適合于回轉(zhuǎn)體構(gòu)件，纖維可進(jìn)行表面集中增強(qiáng)。三向編織坯體三向編織坯體三向增強(qiáng)氈坯體三向增強(qiáng)氈坯體 短纖維：與樹(shù)脂混合，熱壓成型，或調(diào)漿噴射成型。短纖維：與樹(shù)脂混合，熱壓成型，或調(diào)漿噴射成型。噴涂成型工藝噴涂成型工藝2 2、基體的獲得、基體的獲得(1)(1)、瀝青基、瀝青基 瀝青中含大量苯環(huán)，含碳高，碳化收率高。瀝青中含大量苯環(huán)，含碳高，碳化收率高。 瀝青液化瀝青液化 浸漬浸漬 碳化碳化

18、 石墨化石墨化(2)(2)、樹(shù)脂基、樹(shù)脂基 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子鏈含大量苯環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，固結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子鏈含大量苯環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，固 化后呈交聯(lián)網(wǎng)狀耐高溫樹(shù)脂?；蟪式宦?lián)網(wǎng)狀耐高溫樹(shù)脂。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 低粘度低粘度 （低溫、低壓、工藝性好）（低溫、低壓、工藝性好） 純度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。純度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 含碳量高，碳化收率大。含碳量高，碳化收率大。熱梯度法沉積示意圖熱梯度法沉積示意圖壓差法沉積示意圖壓差法沉積示意圖脈沖法沉積示意圖脈沖法沉積示意圖碳素材料性能比較碳素材料性能比較碳素材料強(qiáng)度與溫度的關(guān)系碳素材料強(qiáng)度與溫度的關(guān)系2 2 熱學(xué)性能熱學(xué)性能 熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，耐熱沖擊性極好。熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，耐熱沖擊性極好。3 3 燒蝕性能燒蝕性能 表面燒蝕溫度高，通過(guò)輻射和升華帶走大量熱；表面燒蝕溫度高，通過(guò)輻射和升華帶走大量熱；燒蝕率低，且均勻。燒蝕率低，且均勻。 不同材料的有效燒蝕熱不同材料的有效燒蝕熱三、混雜實(shí)例三、混雜實(shí)例 飛機(jī)機(jī)翼、直升機(jī)旋翼，可選價(jià)廉的飛機(jī)機(jī)翼、直升機(jī)旋翼，可選價(jià)廉的GFGF制作整體，用制作整體，用CFCF或或KFKF補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng) 翼尖、翼緣。翼尖、翼緣。 快艇船殼用快艇船殼用GFGF，邊緣用，邊緣用KFKF提