復(fù)合材料及其成型技術(shù)

1、復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同材料組合而成的機(jī)械工程材料。各種組成材料在性能上能互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料，從而滿足各種不同的要求。 復(fù)合材料的組成包括基體和增強(qiáng)材料兩 個(gè) 部 分 。復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、

2、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在 500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá) 1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨

3、，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片 彈 簧 ， 其 剛 度 和 承 載 能 力 與 重 量 大 5 倍 多 的 鋼 片 彈 簧 相 當(dāng) 。復(fù)合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復(fù)合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、 RTM 成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移

4、成型、反應(yīng)注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復(fù)合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低于基體熔點(diǎn)溫度下，通過施加壓力實(shí)現(xiàn)成型，包括擴(kuò)散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。后者是將基體熔化后，充填到增強(qiáng)體材料中，包括傳統(tǒng)鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復(fù)合材料的成型方法主要有固相燒結(jié)、化學(xué)氣相浸滲成型、化學(xué)氣相沉積成型等復(fù) 合 材 料 的 主 要 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 有。：①航空航天領(lǐng)域

5、。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好，比強(qiáng)度、比剛度高，可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型的發(fā)展。且工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)技術(shù)易掌握，只需經(jīng)過短期培訓(xùn)即可進(jìn)行生產(chǎn)。易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要，可在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。 缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、不宜大批量生產(chǎn)。且產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產(chǎn)品力學(xué)性能較低。生產(chǎn)環(huán)境差、氣味大、加工時(shí)粉塵多，易對(duì)施工人員造成傷害。(

6、2)夾層結(jié)構(gòu)成型工藝。夾層結(jié)構(gòu)的共有特點(diǎn)：質(zhì)輕、剛度大。多用于尺寸較大，剛度要求高，強(qiáng)度要求不高的場(chǎng)合。(3) RTM 成型技術(shù)。特點(diǎn)：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)（20000 件/年以內(nèi)）；③RTM 為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放，容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。(4)模壓成型。優(yōu)點(diǎn)：①制造費(fèi)用低，所以投資少

7、、見效快，為發(fā)展多品種、小批量的生產(chǎn)提供了有利條件，這也是模壓成型工藝目前還在大量運(yùn)用的原因之一。②在模壓成型過程中，由于塑料的流動(dòng)距離很短，受填料的定向影響小，所以塑件的尺寸變動(dòng)小，不易變形，尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械性能穩(wěn)定。 ③相同噸位的壓機(jī)可以成型較大平面的制品。④模壓成型工藝成熟，生產(chǎn)過程易于控制。缺點(diǎn)：①生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。②較難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，因而勞動(dòng)強(qiáng)度大。 ③因?yàn)轱w邊厚，塑件厚度方向的尺寸難以控制，所以模壓成型不能模壓尺寸

8、精度要求較的制品。（5）層壓工藝。特點(diǎn)：生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度 較高。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但一次 性投資較大，適合于批量生產(chǎn)。（6）纏繞成型工藝。纖維纏繞成型的優(yōu)點(diǎn) ①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律，使能充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度；②比強(qiáng)度高：一般來講，纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器相比，重量可減輕 40～60%；③可靠性高：纖維纏繞制品易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，工藝條件確定后，纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精確；④生產(chǎn)效率高：采用機(jī)械化或自