造型材料及工艺-其他非金属材料

1、第六章 其他非金属材料一、复合材料概述 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 1、复合材料的组成 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 第一节 高分子复合材料2、复合材料的特点：（纤维增强材料为例）a、比重小、比强度和比模量大b、良好的抗疲劳性c、良好的耐磨性 减摩、耐磨、自润滑 d、高温性能好 碳纤维和碳化硅增强的铝基复合，在500时仍能保持足

2、够的强度和模量。 碳化硅纤维与钛复合，不但耐热，且耐磨损，可用作涡轮发动机风扇叶片。 碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500。合金涡轮叶片（1100）。 e、独特的成型工艺性能还具有优良的化学稳定性、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。其缺点是各向异性，多为手工操作，质量不稳。选材参考教材的p75 二、常见的纤维增强塑料 纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。 质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替

3、钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。在飞机上机翼尖、翼尾、起落架支柱、直升机旋翼均使用了碳纤维和硼纤维复合材料。 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在350

4、0Mpa以上，是钢的79倍，抗拉弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。碳纤维复合材料制品包括自行车、弓箭、滑雪板、滑雪杖、高尔夫杆、掌杆跳杆、标枪、网球拍、羽毛球拍、赛艇等 硼纤维是一种新增强剂，硼的熔点和硬度都很高，硼化物被称为人造金刚石。硼纤维是以直径1013微米的钨丝为芯，在高温下沉积一层硼后制成的，直径达到1002

5、00微米。硼纤维的强度是玻璃纤维的五倍。新型的硼硅克（Borsic）和氮硼尔（Nitboral）是改性硼纤维，在硼上积有一层碳化硅氮化硼，能经受更高的温度。芳纶纤维芳纶纤维是一种有机合成的纤维，具有高强度、高弹性模量、韧性、热稳定性和不导电等特性，芳纶纤维最早应用于国防军事、航空航天领域，现在在土木工程建设、加固等领域得到越来越广泛的应用。 碳化硅纤维 以有机硅化合物为原料经纺丝、碳化或气相沉积而制得具有-碳化硅结构的无机纤维,属陶瓷纤维类。碳化硅纤维的最高使用温度达1200，其耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度达 19604410MPa，在最高使用温度下强度保持率在 80以上，模量为176.

6、4294GPa，化学稳定性也好。 碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料，耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时，常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属（如铝）和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等，还可用做体育用品，其短切纤维则可用做高温炉材等。 第二节玻璃钢制品生产工艺设计-原型（制作阳模）-翻制阴模-刷脱模剂-调制环氧树脂液-剪裁玻璃纤维布-刷涂粘贴-切割成形产品-脱模-修补打磨（加工）-涂装-组装玻璃钢管道加工流程玻璃钢管道加工流程手糊玻璃钢生产工艺流程手糊玻璃钢生产工艺流程（1）生产准备）生产准备场地

7、 手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在1535之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。 模具准备 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。树脂胶液配制 配制时，要注意两个问题：防止胶液中混入气泡；配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。增强材料准备 增强材料的种类和规格按设计要求选择。（2）糊制与固化）糊制与固化铺层糊制 手工铺层糊制分湿法和干法两种：干法铺层 用预浸布为原料，先将预浸料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一

8、层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用湿法铺层。手糊工具 手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。固化 制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化12周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。（3）脱模和修整）脱模和修整脱模 脱模要保证制品不受损

9、伤。脱模方法有： 顶出脱模 在模具上预埋顶出装置，将制品顶出。 压力脱模 模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。 大型制品（如船）脱模 可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。 复杂制品 可采用手工脱模方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。修整 修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。第三节 陶瓷制品及生产工艺一、陶瓷的概念陶瓷是陶器和瓷器

10、的总称。陶器是黏土烧制而成，中国人早在约公元前80002000年（新石器时代）就发明了陶器。 瓷器是一种用瓷石、高岭土等原材料，通过在窑内经过高温（约1280-1400）烧制而成，外表施有釉或彩绘的物器。瓷器表面的釉色会因为温度的不同从而发生各种化学变化。 二、陶瓷的分类：（陶器、炻器、瓷器）详见教材的p80炻器是介于陶器和瓷器之间的一种陶瓷制品，如水缸等，质地致密坚硬，跟瓷器相似，多为棕色、黄褐色或灰蓝色。 新型陶瓷制品三、陶瓷的性质1、光学性质 （白度、透光度、光泽度） 陶瓷材质质感的基础2、力学性质 硬而脆。 氧化锆陶瓷的高韧性、高强度3、热稳定性 承受外界温度急剧变化而不破损的能力。4

11、、化学性质耐酸不耐碱。5、气孔率与吸水率 陶瓷的气孔率是鉴别与区分各类陶瓷的重要标志。日用陶瓷吸水率低0.5%炻器吸水率低于2%陶器吸水率4%-5%四、陶瓷制品1、日用陶瓷2、建筑陶瓷3、电瓷4、化工陶瓷5、电子陶瓷6、高温陶瓷7、光学陶瓷五、陶瓷制品生产工艺1、日用陶瓷原料混合-制坯-晾干-上釉-烧结-清理-产品包装2、卫生陶瓷 模具制造-制浆-灌注-硬化-分模-晾干-烧结-检验-包装3、建筑陶瓷 模具制造-制泥-压制-分模-晾干-烧结-检验-包装陶瓷工艺流程陶瓷工艺流程一、一、淘泥淘泥 高岭土是烧制瓷器的最佳原料，千百年来，多少精品陶瓷都是从这些不起眼的瓷土演变而来，制瓷的第一道工序：淘泥

12、，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。 二、二、摞泥摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要将其分割开来，摞成柱状，以便于储存和拉坯用。 三、三、拉坯拉坯 将摞好的瓷泥放入大转盘内，通过旋转转盘，用手和拉坯工具，将瓷泥拉成瓷坯。 四、四、印坯印坯 拉好的瓷坯只是一个雏形，还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。 五、五、修坯修坯 刚印好的毛坯厚薄不均，需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称。 六、六、捺水捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的尘土，为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。 七、七、画坯画坯 在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色，画坯有好多种，有写意的、有贴好画纸

13、勾画的，无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔。 八、八、上釉上釉 画好的瓷坯，粗糙而又呆涩，上好釉后则全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果。 九、九、烧窑烧窑 千年窑火，延绵不息，经过数十道工具精雕细 的瓷坯，在窑内经受千度高温的烧炼，就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。 十、十、成瓷成瓷 经过几天的烧炼，窑内的瓷坯已变成了件件精美的瓷器，从打开的窑门中迫不及待地脱颖而出。流程第四节 玻璃一、玻璃概述 一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。发现 玻璃的特点是硬而脆。新型玻璃弯曲强度和硬度很高，且不易破碎、高

14、耐磨、高强度。二、玻璃的主要性质 1、机械强度 玻璃是一种脆性材料，其抗压强度很大，但抗弯、抗张、抗冲击能力弱。 抗拉强度平均是抗张强度1415倍。破损2、硬度 玻璃的硬度仅次于金刚石，普通刀具对不能切割。所以要用金刚石做的玻璃刀切割。3、光学性质 高度透明的物质，普通玻璃对紫外光具有一定的阻挡作用。 玻璃的折射域反射特性，可做成装饰品。也可以吸收或透过特定颜色的光 。 调光玻璃4、电学性质 常温下不导电，熔融状态下导电。常温下做灯泡、灯管等，特殊的导电玻璃可发出均匀柔和的光。5、热性质 导热性差，是钢的1/400。怕热急剧变化。但石英玻璃热膨胀率低不怕热剧变。6、化学稳定性 氢氟酸和热磷酸除

15、外，耐其他酸，不耐碱。在大气中会失去光泽。 装饰中玻璃图案的生产。 浮雕玻璃三、玻璃的分类详见8485页四、玻璃制品 1、平板玻璃（洛阳浮法）2、瓶罐玻璃3、仪器玻璃4、光学玻璃5、艺术玻璃五、玻璃的生产1、平板玻璃 浮法玻璃 熔融玻璃从池窑中连续流入并漂浮在相对密度大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下 ，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化、冷却后被引上过渡辊台。辊台的辊子转动 ，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，经退火、切裁，就得到平板玻璃产品 。 2、中空玻璃 玻璃成形，是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行，这是一个冷却过程，玻璃首

16、先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。 人工成形。又有（1）吹制，用一根镍铬合金吹管，挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球（划眼镜片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用顶盘粘住，二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。（3）压制，挑一团玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。（4）自由成形，挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。 第五节 木材一、概论： 1、定义：由天然树木加工成的圆木、板材、枋材等建筑用材的总称。 2、木材天然生产、蕴藏量大，分布广、特性优良、色泽悦目、纹理美观、环保。基本性能质轻、自然肌理、调节湿度、隔音隔热、易加工和涂装、易变形易燃、各向异性二、木材的结构三、木材的纹路 木材表面上因纹理、结构、生长轮(早晚材)、木射线、轴向薄壁组织、导管、木纤维及色素、木节或锯切方向等因素所产生图案。狭义仅限于指对家具有高度装饰的图形。 1、水曲柳、榆树、榉木、刺楸、柚木、擦木等，生长轮明显，纹理直，纵面上有花纹，采用弦向或径向刨切，单板上可获得各种花纹。2、香樟、麻栎、红果坚木、多核木、海棠等纹理交错、径面具有明显带状花纹，宜采用径向刨切。3、椒木、桦木的纤维局部扭曲，在内皮表面呈现圆锥形凸起，采用弦向刨切或旋切，可以获得美丽的鸟眼花纹。4、核桃、香樟的纹理不一，用弧形