復(fù)合材料工藝與設(shè)備緒論講訴

復(fù)合材料工藝與設(shè)備緒論講訴第一頁，共29頁。主要參考教材主要教材：《復(fù)合材料工藝與設(shè)備》，劉雄亞，謝懷勤（主編）；武漢理工大學(xué)出版社；其它參考教材：1）《復(fù)合材料成型技術(shù)》，黃家康主編，化學(xué)工業(yè)出版社；2）《先進復(fù)合材料》，魯云、朱世杰主編，機械工業(yè)出版社；3）《復(fù)合材料聚合物基體》，趙玉庭主編第二頁，共29頁。本課程的任務(wù)本課程是復(fù)合材料專業(yè)的一門主要專業(yè)課，其任務(wù)是使同學(xué)們學(xué)習(xí)和掌握各種復(fù)合材料的成型方法、工藝原理、生產(chǎn)設(shè)備等方面的系統(tǒng)知識。通過課堂學(xué)習(xí)和實踐，掌握各種復(fù)合材料工藝及設(shè)備的原理及技術(shù)關(guān)鍵，要求能合理地選擇成型工藝和設(shè)備，并能組織生產(chǎn)。第三頁，共29頁。《復(fù)合材料工藝與設(shè)備》授課課時分配表

章節(jié)講課實驗合計第一章緒論22第二章手糊成型工藝與設(shè)備（原材料選擇、手糊工藝過程、噴射成型、熱壓釜、RTM和VARI等）8412第三章夾層成型工藝與設(shè)備22第四章模壓成型工藝與設(shè)備22第六章纏繞成型工藝與設(shè)備426第七章其它成形工藝設(shè)備（注射成型工藝、熱塑性復(fù)合材料成型等）44第八章金屬基和無機非金屬基復(fù)合材料工藝及設(shè)備22第九章復(fù)合材料二次加工及復(fù)習(xí)22第四頁，共29頁。

第一章緒論1.1復(fù)合材料發(fā)展的概況1.2CM的基本性能1.3CM的成型工藝1.4成型工藝的選擇原則1.5聚合物及聚合物基復(fù)合材料發(fā)展概述第五頁，共29頁。

第一章緒論1.1

復(fù)合材料發(fā)展的概況復(fù)合材料以下簡稱CM1.1.1CM的定義（各教科書說法不同，意見基本一致，沒有完全統(tǒng)一的說法）廣義的定義：

CM是指由兩種或兩種以上的不同材料，通過一定的工藝復(fù)合而成的，性能優(yōu)于原單一材料的多相固體材料。第六頁，共29頁。注意：所研究的CM與化合材料、混合材料的區(qū)別。主要體現(xiàn)在：多相體系和復(fù)合效果是復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)的“混合材料”和“化合材料”的兩大特征。舉例：砂子與石子混合，合金或高分子聚合物狹義定義：（通常研究的內(nèi)容：）用纖維增強樹脂、金屬、無機非金屬材料所得的多相固體材料。由此可以得出：CM=增強材料＋基體材料第七頁，共29頁。由于增強材料和基體材料的不同，因此決定了復(fù)合材料的品種和性能的千變?nèi)f化。復(fù)合材料的分類：

按基體材料不同可分為：

理論上形成比較完整體系的是樹脂基復(fù)合材料無機非金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料樹脂基復(fù)合材料第八頁，共29頁。在學(xué)習(xí)本課程之前，先了解一下本課程中常用的一些代號。CM

復(fù)合材料FRP

纖維增強塑料FRTP

纖維增強熱塑性塑料RTM

樹脂傳遞模塑RIM

反應(yīng)注射模塑RRIM

增強反應(yīng)注射模塑SMC片狀模塑料DMC團狀模塑料BMC塊狀模塑料ASAS樹脂，丙烯腈—苯乙烯共聚物第九頁，共29頁。1.1.2CM的發(fā)展歷程概況1）國外復(fù)合材料的發(fā)展二十世紀40年代，在美國首先出現(xiàn)了手糊工藝（雷達罩、飛機油箱、汽車外殼、飛機機身、機翼）60年代，纏繞工藝、噴射成型、SMC、拉擠成型工藝、透明玻璃鋼。70年代，RTM及RIM，熱塑性片狀模塑料80年代，離心澆鑄工藝第十頁，共29頁。復(fù)合材料在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域中發(fā)揮的重要作用。例如P3，1～9復(fù)合材料在汽車、建筑、造船工業(yè)中玻璃鋼用量情況見P4，表1-4。2）我國復(fù)合材料發(fā)展概況1958年手糊1962年噴射成型及蜂窩成型1972年武工大、華東化工、哈建工成立專業(yè)1975年玻璃鋼學(xué)會玻璃鋼/復(fù)合材料1980年復(fù)合材料學(xué)會復(fù)合材料學(xué)報（北航）第十一頁，共29頁。71年以前主要是軍工產(chǎn)品，以后開始轉(zhuǎn)向民用品。主要用于建筑、化工、輕工、交通、造船等工業(yè)。無機非金屬復(fù)合材料的發(fā)展?fàn)顩r見P5另外，植物纖維增強的復(fù)合材料，近些年來有了較快的發(fā)展：如紙面石膏板，植纖石膏板，水泥板等。作業(yè)：1、復(fù)合材料廣義的定義是什么？

2、按照基體不同復(fù)合材料怎么分類？第十二頁，共29頁。1.2CM的基本性能1.2.1CM的基本性能主要取決于3個方面：1、增強材的性能、含量及分布情況2、基體材料的性能及含量3、界面的結(jié)合情況燃燒性能主要取決于2、3力學(xué)性能主要取決于1、2、3導(dǎo)熱、電、耐腐蝕等性能主要取決于2、3第十三頁，共29頁。1.2.2CM的主要性能特點：1)輕質(zhì)高強是CM最突出、重要的特點，也是研究最多的特點?？梢杂帽葟姸?，比彈性模量來定量描述。材料名稱比強度比模量鋼0.130.27鋁0.170.26玻纖/聚酯CM0.530.21碳纖/環(huán)氧CM1.030.21第十四頁，共29頁。2)可設(shè)計性好

復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料的根本特點之一。可設(shè)計性是指：設(shè)計人員可根據(jù)所需制品對力學(xué)及其它性能的要求，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時對材料本身進行設(shè)計。具體體現(xiàn)在以下兩個方面：力學(xué)設(shè)計——給制品一定的強度和剛度功能設(shè)計——給制品除力學(xué)性能外的其他性能正是由于復(fù)合材料的可設(shè)計性，我們可以根據(jù)制品的需要重點設(shè)計某一種或幾種物理性能，一些不需要的性能可以不去考慮，從而降低總成本。第十五頁，共29頁。3)工藝性能好復(fù)合材料的工藝性能十分優(yōu)越，其成型方法多種多樣，成型條件機動靈活。以上三點是復(fù)合材料通有的特性。具體到玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料，還具有以下特性：4、熱性能好導(dǎo)熱系數(shù)小，是金屬材料1/100～1/1000；特殊類型的玻璃鋼可耐瞬時高溫。5、耐腐蝕性能好可以耐酸、堿、鹽的腐蝕、海水、微生物腐蝕，適合于制作化工管道、儲罐、船舶等。第十六頁，共29頁。6、電性能好a、電絕緣性能好，不受電磁作用；b、微波穿透性好；c、可制作成不帶靜電的制品。7、其它特點：耐候性、耐疲勞性、耐沖擊性、耐蠕變性，透光性等。作業(yè)：1、復(fù)合材料性能的主要決定因素有哪些？

2、復(fù)合材料的主要性能特點有哪些？第十七頁，共29頁。

與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料既是一種材料，也是一種結(jié)構(gòu)，而且材料、結(jié)構(gòu)、功能具有一致性。這種材料和結(jié)構(gòu)特性，只能通過具體的制品才能得以體現(xiàn)，因此無論是從事復(fù)合材料理論研究，還是工程技術(shù)研究的目標(biāo)都是研制出更能發(fā)揮材料特性與效率的制品及制備方法。

材料結(jié)構(gòu)工藝測試制品復(fù)合材料制品與各要素關(guān)系圖第十八頁，共29頁。1.2.3樹脂基CM的缺點：

一般情況下1）彈性模量低比鋼材小10倍2）長期耐熱性差3）易老化4）表面硬度低、耐磨性差

也有特殊情況，例如聚氨脂彈性體復(fù)合材料耐磨性能好。復(fù)合材料的成本情況：水泥、石膏基CM<樹脂基CM<金屬基CM<陶瓷基CM第十九頁，共29頁。1.3CM的成型工藝（樹脂基）目前在生產(chǎn)上經(jīng)常采用的成型方法有16種：1、手糊成型——濕法鋪層成型2、夾層結(jié)構(gòu)成型（手糊法、機械法）3、模壓成型4、層壓成型5、纏繞成型6、拉擠成型7、注射成型8、噴射成型9、真空袋壓力成型第二十頁，共29頁。10、壓力袋成型11、樹脂注射和樹脂傳遞模塑成型12、卷制成型13、真空輔助注射成型14、離心澆鑄成型15、片狀（團狀）模塑成型16、連續(xù)板材成型目前我國還是以手糊成型為主，在樹脂基復(fù)合材料中約占80%。第二十一頁，共29頁。1.4成型工藝的選擇原則P7如何選擇成型方法，是組織生產(chǎn)時的首要問題。生產(chǎn)復(fù)合材料制品的特點是材料生產(chǎn)和產(chǎn)品成型同時完成。因此，在選擇成型方法時，必須同時滿足材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益等多種因素的基本要求，具體應(yīng)考慮：1）產(chǎn)品的外形構(gòu)造和尺寸大小；2）材料性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求；3）生產(chǎn)批量大小及供應(yīng)時間要求；4）企業(yè)可能提供的設(shè)備條件及資金；5）綜合經(jīng)濟效益，保證企業(yè)盈利。第二十二頁，共29頁。1.5聚合物及聚合物基復(fù)合材料發(fā)展概述1907年酚醛樹脂成為第一種合成樹脂1927年聚氯乙烯（PVC）1931年聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）1938年尼龍66纖維1939年三聚氰胺-甲醛樹脂1941年不飽和聚酯樹脂1942年環(huán)氧樹脂1）聚合物發(fā)展概述第二十三頁，共29頁。2）聚合物基復(fù)合材料的進展

神舟飛船主承力結(jié)構(gòu)、低密度模塑料等FRP件榮獲國家科技進步二等獎，標(biāo)志著我國復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)已達到世界先進水平；歷經(jīng)20年，我國玻璃鋼/復(fù)合材料年產(chǎn)量已超過日本、歐洲，躍居世界第二大國，顯示了當(dāng)今我國FRP行業(yè)的活力。

1986-2006，我國玻璃鋼（熱固性）增長51倍。總量在上世紀90年代末期超過德國，本世紀初超過日本，熱固性玻璃鋼已超過歐洲總和。我國玻璃鋼的總產(chǎn)量現(xiàn)僅次于美國（美國2005年熱固性玻璃鋼186萬噸，熱塑性玻璃鋼140萬噸）。第二十四頁，共29頁。103.414618127.147.935.92.724140020406080100120140160180200198619962006美國日本中國年代產(chǎn)量（104噸）

1986－2006年中、美、日熱固性玻璃鋼產(chǎn)量

產(chǎn)量（104噸）第二十五頁，共29頁。3）基體材料方面現(xiàn)狀不飽和聚酯樹脂（UPR）：2006年年產(chǎn)量達到110萬噸。我國已超過美國成為世界上不飽和聚酯樹脂產(chǎn)量與用量最大的國家。（美國2006年產(chǎn)量為87萬噸）。

環(huán)氧樹脂（EP）：我國現(xiàn)在已經(jīng)是環(huán)氧樹脂產(chǎn)量、進口量、消費量最大的國家。2006年我國產(chǎn)量52萬噸。酚醛樹脂（PH）：2006年我酚醛樹脂產(chǎn)量約40萬噸，約為日本年產(chǎn)量的1.4倍；2006年酚醛樹脂膠衣研發(fā)成功，性能優(yōu)于英國水平。

第二十六頁，共2