《复合材料工艺及设备》_第1章_绪论

1、 1.1 复材发展的概况第一章 绪论 第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 复材发展的概况复材发展的概况 说明：复合材料说明：复合材料（Composite Materials ）， 以以下简称下简称CM一、一、CM的定义的定义（各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一（各教科书说法不同，意见基本一致，没有完全统一的说法）的说法）广义的定义：广义的定义： CMCM是指由是指由两种或两种两种或两种以上的不同材料，通过一定的以上的不同材料，通过一定的工艺工艺复合而成的，性能复合而成的，性能优于优于原原单一材料的单一材料的多相固体材多相固体材料料。 1.1 复材发展的概况第一章 绪论注意：注意：所

2、研究的所研究的CM与化合材料、混合材料的区别。与化合材料、混合材料的区别。 主要体现在：主要体现在： 多相体系多相体系和和复合效果复合效果是复合材料区别于传统的是复合材料区别于传统的“混合材料混合材料”和和“化合材料化合材料”的两大特征。的两大特征。 举例：举例：砂子与石子混合砂子与石子混合，合金或高分子聚合物合金或高分子聚合物 狭义定义：狭义定义： （通常研究的内容：通常研究的内容：）用纤维增强树脂、金属、无机非金）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。属材料所得的多相固体材料。 由此可以得出：由此可以得出：CM = CM = 增强材料增强材料 基体材料基体材料 1.1 复

3、材发展的概况第一章 绪论 由于增强材料和基体材料的不同，因此决定了复合材由于增强材料和基体材料的不同，因此决定了复合材料的品种和性能的千变万化。料的品种和性能的千变万化。 复合材料的分类：复合材料的分类： 金属基复合材料金属基复合材料 按基体材料不同可分为：按基体材料不同可分为： 树脂基复合材料树脂基复合材料 理论上形成比较完整体系的是树脂基复合材料理论上形成比较完整体系的是树脂基复合材料无机非金属复合材料无机非金属复合材料 1.1 复材发展的概况第一章 绪论 在学习本课程之前，先了解一下本课程中常用的一些代号。在学习本课程之前，先了解一下本课程中常用的一些代号。 CM 复合材料复合材料 FR

4、P 纤维增强塑料纤维增强塑料 FRTP 纤维增强热塑性塑料纤维增强热塑性塑料 SMC 片状模塑料片状模塑料 DMC 团状模塑料团状模塑料 BMC 块状模塑料块状模塑料 RTM 树脂传递模塑树脂传递模塑 RIM 反应注射模塑反应注射模塑 RRIM 增强反应注射模塑增强反应注射模塑 GMT 热塑性片状模塑料热塑性片状模塑料 AS AS树脂，丙烯腈树脂，丙烯腈苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物 1.1 复材发展的概况第一章 绪论二、二、CM的发展历程的发展历程 概况概况 1 1、 国外复合材料的发展国外复合材料的发展 二十世纪二十世纪4040年代，在美国首先出现了手糊工艺（雷达罩、年代，在美国首先出现了手糊工

5、艺（雷达罩、飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼）飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼） 6060年代，缠绕工艺、喷射成型、年代，缠绕工艺、喷射成型、SMCSMC、拉挤成型工艺、透、拉挤成型工艺、透明玻璃钢。明玻璃钢。 7070年代，年代，RIMRIM及及RRIMRRIM，热塑性片状模塑料，热塑性片状模塑料 8080年代，离心浇铸工艺年代，离心浇铸工艺 1.1 复材发展的概况第一章 绪论 复合材料在国民经济建设和国防建设的各个领域中发挥的复合材料在国民经济建设和国防建设的各个领域中发挥的重要作用。例如重要作用。例如P3，19 复合材料在汽车、建筑、造船工业中玻璃钢用量情况见复合材料在汽车、建筑、造

6、船工业中玻璃钢用量情况见P4，表表1-4。 （2）我国复合材料发展概况）我国复合材料发展概况 1958年年 手糊手糊 1962年年 喷射成型及蜂窝成型喷射成型及蜂窝成型 1972年年 武工大、华东化工、哈建工成立专业武工大、华东化工、哈建工成立专业 1975年年 玻璃钢学会玻璃钢学会 玻璃钢玻璃钢/ /复合材料复合材料 1980年年 复合材料学会复合材料学会 复合材料学报（北航）复合材料学报（北航） 1.1 复材发展的概况第一章 绪论 71年以前主要是军工产品，以后开始转向民用品。主要用年以前主要是军工产品，以后开始转向民用品。主要用于建筑、化工、轻工、交通、造船等工业。于建筑、化工、轻工、交

7、通、造船等工业。 无机非金属复合材料的发展状况见无机非金属复合材料的发展状况见P5 另外，植物纤维增强的复合材料，近些年来有了较快的发另外，植物纤维增强的复合材料，近些年来有了较快的发展：如纸面石膏板，植纤石膏板，水泥板等。展：如纸面石膏板，植纤石膏板，水泥板等。 作业：作业： 1、复合材料广义的定义是什么？、复合材料广义的定义是什么？ 2、按照基体不同复合材料怎么分类？、按照基体不同复合材料怎么分类？ 1.2 CM的基本性能第一章 绪论 1.2 CM1.2 CM的基本性能的基本性能 1.2.1 CM1.2.1 CM的基本性能主要取决于的基本性能主要取决于3 3个方面：个方面：1 1 、增强材

8、的性能、含量及分布情况、增强材的性能、含量及分布情况2 2 、基体材料的性能及含量、基体材料的性能及含量3 3 、界面的结合情况、界面的结合情况 燃烧性能主要取决于燃烧性能主要取决于2、3 力学性能主要取决于力学性能主要取决于1、2、3 导热、电、耐腐蚀等性能主要取决于导热、电、耐腐蚀等性能主要取决于2、3 1.2 CM的基本性能第一章 绪论1.2.2 CM1.2.2 CM的主要性能特点：的主要性能特点：1 1、轻质高强、轻质高强 是是CMCM最突出、重要的特点，也是研究最多的特点。最突出、重要的特点，也是研究最多的特点。可以用比强度（强度可以用比强度（强度/ /密度），比弹性模量（弹性模量密

9、度），比弹性模量（弹性模量/ /密度）来定量描述。密度）来定量描述。材料名称比强度比模量钢0.130.27铝0.170.26玻纤/聚酯CM0.530.21碳纤/环氧CM1.030.21 1.2 CM的基本性能第一章 绪论 2 2、可设计性好、可设计性好 是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。 可设计性是指：设计人员可根据所需制品对力学及其它性可设计性是指：设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。具体能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。具体体现在以下两个方面：体现在以下两个方面： 力学设计力学设计给制品

10、一定的强度和刚度给制品一定的强度和刚度 功能设计功能设计给制品除力学性能外的其他性能给制品除力学性能外的其他性能 例如：化工厂的天窗例如：化工厂的天窗 正是由于复合材料的可设计性，我们可以根据制品的正是由于复合材料的可设计性，我们可以根据制品的需要重点设计某一种或几种物理性能，一些不需要的性能需要重点设计某一种或几种物理性能，一些不需要的性能可以不去考虑，从而降低总成本。可以不去考虑，从而降低总成本。 1.2 CM的基本性能第一章 绪论3 3、工艺性能好、工艺性能好复合材料的工艺性能十分优越，其成型方法多种多样，成型复合材料的工艺性能十分优越，其成型方法多种多样，成型条件机动灵活。条件机动灵活

11、。 以上三点是复合材料通有的特性。具体到玻璃纤维增强树以上三点是复合材料通有的特性。具体到玻璃纤维增强树脂基复合材料，还具有以下特性：脂基复合材料，还具有以下特性：4 4、热性能好、热性能好 导热系数小，是金属材料导热系数小，是金属材料1/1001/1001/10001/1000；特殊类型；特殊类型的玻璃钢可耐瞬时高温。的玻璃钢可耐瞬时高温。5 5、耐腐蚀性能好、耐腐蚀性能好 可以耐酸、碱、盐的腐蚀、海水、微生物腐蚀，适合可以耐酸、碱、盐的腐蚀、海水、微生物腐蚀，适合于制作化工管道、储罐、船舶等。于制作化工管道、储罐、船舶等。 第一章 绪论6 6、电性能好、电性能好 a a、电绝缘性能好，不受

12、电磁作用；、电绝缘性能好，不受电磁作用； b b、微波穿透性好；、微波穿透性好； c c、可制作成不带静电的制品。、可制作成不带静电的制品。7 7、其它特点：耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，、其它特点：耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。透光性等。作业：作业：1 1、复合材料性能的主要决定因素有哪些？、复合材料性能的主要决定因素有哪些？ 2 2、复合材料的主要性能特点有哪些？、复合材料的主要性能特点有哪些？1.2 CM的基本性能 第一章 绪论1.2.3 树脂基树脂基CM的缺点：的缺点： 一般情况下一般情况下1 1）、弹性模量低）、弹性模量低 比钢材小比钢材小1010倍倍2 2

13、）、长期耐热性差）、长期耐热性差3 3）、易老化）、易老化4 4）、表面硬度低、耐磨性差）、表面硬度低、耐磨性差 也有特殊情况，例如聚氨脂弹性体复合材料耐磨性能好。也有特殊情况，例如聚氨脂弹性体复合材料耐磨性能好。 复合材料的成本情况：水泥、石膏基复合材料的成本情况：水泥、石膏基CM树脂基树脂基CM金金属基属基CM陶瓷基陶瓷基CM1.2 CM的基本性能 1.3 CM的成型工艺第一章 绪论1.3 1.3 CMCM的成型工艺（树脂基）的成型工艺（树脂基） 目前在生产上经常采用的成型方法有目前在生产上经常采用的成型方法有1616种：种： 1 1、手糊成型、手糊成型湿法铺层成型湿法铺层成型 2 2、夹层结构成型（手糊法、机械法）、夹层结构成型（手糊法、机械法） 3 3、模压成型、模压成型 4 4、层压成型、层压成型 5 5、缠绕成型、缠绕成型 6 6、拉挤成型、拉挤成型 7 7、注射成型、注射成型 8 8、喷射成型、喷射成型 9 9、真空袋压力成型、真空袋压力成型 第一章 绪论 1010、压力袋成型、压力袋成型 1111、树脂注射和树脂传递模塑成型、树脂注射和树脂传递模塑成型 1212、卷制成型、卷制成型 1313、真空辅助注射成型、真空辅助注射成型 1414、离心浇铸成型、离心浇铸成型 1515、片状（团状）模塑成型、片状（团状）模塑成型 1616、连