复合材料的成型工艺精.ppt

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1、复合材料的成型工艺1第1页，本讲稿共229页1、聚合物基复合材料的成型工艺、聚合物基复合材料的成型工艺聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能在在纤维纤维与与树脂树脂体系确定后体系确定后，主要决定于，主要决定于成型工艺成型工艺。成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺主要包括以下两个方面：主要包括以下两个方面：2第2页，本讲稿共229页一是一是成型成型成型成型，即将，即将预浸料预浸料预浸料预浸料按产品的要求，按产品的要求，铺置成一定铺置成一定的形状的形状，一般就是产品的形状，一般就是产品的形状;二是二是固化固化固化固化，即把已，即把已铺置成一定形状的铺置成一定形状的叠层预浸料叠层预浸料叠层预浸料叠

2、层预浸料，在在温度、时间和压力等因素影响下温度、时间和压力等因素影响下使使形状固定形状固定形状固定形状固定下来，下来，并能达到预期的性能要求。并能达到预期的性能要求。3第3页，本讲稿共229页生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺(1)(1)手糊手糊手糊手糊成型成型成型成型 (2)(2)注射注射注射注射成型成型成型成型 (3)(3)真空袋压法真空袋压法真空袋压法真空袋压法成型成型成型成型(4)(4)挤出挤出挤出挤出成型成型成型成型(5)(5)压力袋压力袋压力袋压力袋成型成型成型成型 (6)(6)纤维缠绕纤维缠绕纤维缠绕纤维缠绕成型成型成型成型(7)(7)树脂注射树脂注射树脂注射树脂注射和和和

3、和树脂传递树脂传递树脂传递树脂传递成型成型成型成型 (8)(8)真空辅助树脂注射真空辅助树脂注射真空辅助树脂注射真空辅助树脂注射成型成型成型成型4第4页，本讲稿共229页(9)(9)连续板材连续板材连续板材连续板材成型成型成型成型(10)(10)拉挤拉挤拉挤拉挤成型成型成型成型 (11)(11)离心浇铸离心浇铸离心浇铸离心浇铸成型成型成型成型 (12)(12)层压或卷制层压或卷制层压或卷制层压或卷制成型成型成型成型 (13)(13)夹层结构夹层结构夹层结构夹层结构成型成型成型成型(14)(14)模压模压模压模压成型成型成型成型(15)(15)热塑性片状模塑料热冲压热塑性片状模塑料热冲压热塑性片

4、状模塑料热冲压热塑性片状模塑料热冲压成型成型成型成型(16)(16)喷射喷射喷射喷射成型成型成型成型5第5页，本讲稿共229页(1)手糊成型工艺手糊成型工艺手糊成型工艺是复合材料手糊成型工艺是复合材料最早的最早的一种成一种成型方法，也是一种型方法，也是一种最简单最简单最简单最简单的方法，其具体工的方法，其具体工艺过程如下：艺过程如下：6第6页，本讲稿共229页首先，在模具上涂刷首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合含有固化剂的树脂混合含有固化剂的树脂混合含有固化剂的树脂混合物物物物，再在其上铺贴一层，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的按要求剪裁好的纤维织物纤维织物纤维织物纤维织物，用刷子、压辊或刮

5、刀压挤织物用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其，使其均匀浸胶均匀浸胶均匀浸胶均匀浸胶并并排除气泡后，再排除气泡后，再涂刷树脂混合物涂刷树脂混合物和和铺贴第二层纤维铺贴第二层纤维织物织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。，反复上述过程直至达到所需厚度为止。7第7页，本讲稿共229页然后，然后，在一定压力作用下在一定压力作用下加热固化成型加热固化成型加热固化成型加热固化成型（热压成型热压成型）或者利用）或者利用树脂体系固化时放出的热树脂体系固化时放出的热量量固化成型（固化成型（冷压成型冷压成型冷压成型冷压成型），最后），最后脱模脱模得到复合得到复合材料制品。其工艺流程如下图所示：材料制品。其工艺流程

6、如下图所示：8第8页，本讲稿共229页模具模具模具模具准备准备准备准备涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂手糊成型手糊成型手糊成型手糊成型树脂胶树脂胶树脂胶树脂胶液配制液配制液配制液配制增强材增强材增强材增强材料准备料准备料准备料准备固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模后处理后处理后处理后处理检验检验检验检验制品制品制品制品手糊成型工艺流程图手糊成型工艺流程图9第9页，本讲稿共229页为了得到为了得到良好的脱模效果良好的脱模效果和和理想的制理想的制品品，同时使用几种脱模剂，可以发挥，同时使用几种脱模剂，可以发挥多多种脱模剂的综合性能种脱模剂的综合性能。10第10页，本讲稿共229页手糊成型工艺优点手糊

7、成型工艺优点不受产品尺寸和形状限制，适宜不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大尺寸大、批量小批量小、形状复杂形状复杂形状复杂形状复杂产品的生产；产品的生产；设备简单设备简单、投资少投资少、设备、设备折旧费低折旧费低。11第11页，本讲稿共229页 工艺简单工艺简单；易于满足产品设计要求，可以易于满足产品设计要求，可以在产品不在产品不同部位同部位任意增补增强材料任意增补增强材料任意增补增强材料任意增补增强材料制品制品树脂含量较高树脂含量较高树脂含量较高树脂含量较高，耐腐蚀性好耐腐蚀性好耐腐蚀性好耐腐蚀性好。12第12页，本讲稿共229页手糊成型工艺缺点手糊成型工艺缺点 生产效率生产效率生产效率生产效

8、率低，低，劳动强度劳动强度大，大，劳动卫生条件劳动卫生条件差。差。产品质量产品质量不易控制，不易控制，性能稳定性性能稳定性不高。不高。产品产品力学性能力学性能较低。较低。13第13页，本讲稿共229页2模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺是一种古老的技术，早在是一种古老的技术，早在20世纪初就世纪初就出现了出现了酚醛塑料酚醛塑料模压成型。模压成型。模压成型是一种对模压成型是一种对热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂和和热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂都适用都适用的的纤维复合材料纤维复合材料成型方法。成型方法。14第14页，本讲稿共229页模压成型

9、工艺过程模压成型工艺过程将定量的将定量的模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状树脂与与短纤维的混合物短纤维的混合物短纤维的混合物短纤维的混合物放入放入敞开的敞开的金属对模金属对模中，闭模后中，闭模后加热加热加热加热使其使其熔化熔化熔化熔化，并，并在压力作用在压力作用下下充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品；充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品；再经加热再经加热再经加热再经加热使树脂使树脂进一步发生进一步发生交联反应交联反应交联反应交联反应而固化而固化，或者，或者冷却使冷却使热塑性热塑性热塑性热塑性树脂硬化树脂硬化树脂硬化树脂硬化，脱模后得到，脱模后得到复合材料制品

10、复合材料制品复合材料制品复合材料制品。15第15页，本讲稿共229页金属对金属对金属对金属对模准备模准备模准备模准备涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂膜压成型膜压成型膜压成型膜压成型模塑料、模塑料、模塑料、模塑料、颗粒树脂颗粒树脂颗粒树脂颗粒树脂短纤维短纤维短纤维短纤维固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模后处理后处理后处理后处理检验检验检验检验制品制品制品制品加热、加压加热、加压加热、加压加热、加压加热加热加热加热冷却冷却冷却冷却膜压成型工艺流程图膜压成型工艺流程图16第16页，本讲稿共229页模压成型工艺优点模压成型工艺优点模压成型工艺有模压成型工艺有较高的生产效率较高的生产效率较高的生产效率较高

11、的生产效率，制品尺寸准确制品尺寸准确制品尺寸准确制品尺寸准确，表面光洁表面光洁表面光洁表面光洁，多数结构复杂的制品可，多数结构复杂的制品可一次成型一次成型一次成型一次成型，无需二，无需二次加工，次加工，制品外观及尺寸的制品外观及尺寸的重复性好重复性好重复性好重复性好，容易实现，容易实现机械机械机械机械化和自动化化和自动化化和自动化化和自动化等。等。17第17页，本讲稿共229页模压成型工艺缺点模压成型工艺缺点模具设计制造复杂模具设计制造复杂模具设计制造复杂模具设计制造复杂，压机及模具，压机及模具投资高投资高投资高投资高，制品，制品尺寸受设备限制，一般只尺寸受设备限制，一般只适合制造批量大适合制

12、造批量大适合制造批量大适合制造批量大的中、的中、小型制品。小型制品。18第18页，本讲稿共229页模压成型工艺模压成型工艺已成为已成为复合材料的重要成型复合材料的重要成型方法方法，在，在各种成型工艺中各种成型工艺中所占比例仅次于所占比例仅次于手糊手糊/喷射喷射喷射喷射和和连续成型连续成型，居第三位。，居第三位。近年来随着近年来随着专业化专业化、自动化自动化和和生产效率的生产效率的提高提高，制品成本制品成本不断降低，使用范围越来越广不断降低，使用范围越来越广泛。泛。19第19页，本讲稿共229页模压制品模压制品模压制品模压制品主要用作主要用作结构件结构件、连接件连接件、防护件防护件和和电气电气绝

13、缘绝缘等，广泛应用于等，广泛应用于工业工业、农业农业、交通运输交通运输、电气电气、化工化工、建筑建筑、机械机械等领域。等领域。由于模压制品由于模压制品质量可靠质量可靠质量可靠质量可靠，在，在兵器兵器、飞机飞机、导弹导弹、卫星卫星上也都得到应用。上也都得到应用。20第20页，本讲稿共229页3.层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺，是把一定层数的，是把一定层数的浸胶布浸胶布浸胶布浸胶布(纸纸)叠在叠在一起，送入一起，送入多层液压机多层液压机多层液压机多层液压机，在一定的温度和压力下在一定的温度和压力下压制压制压制压制成板材成板材成板材成板材的工艺。的工艺。层压

14、成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺属于属于干法压力成型范畴干法压力成型范畴，是复合材料，是复合材料的一种主要成型工艺。的一种主要成型工艺。21第21页，本讲稿共229页层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺层压成型工艺生产的制品生产的制品包括各种包括各种绝缘绝缘绝缘绝缘材料板材料板材料板材料板、人造木板人造木板人造木板人造木板、塑料贴面板塑料贴面板、覆铜箔层覆铜箔层压板压板等。等。复合材料复合材料层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程如下如下22第22页，本讲稿共229页层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程增强材料增强材料增强材料增强材料热

15、固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂浸胶浸胶浸胶浸胶胶布胶布胶布胶布裁裁裁裁剪剪剪剪叠叠叠叠合合合合热热热热压压压压脱脱脱脱模模模模切切切切边边边边产产产产品品品品23第23页，本讲稿共229页层压成型工艺的优点层压成型工艺的优点层压成型工艺的优点层压成型工艺的优点是制品是制品表面光洁表面光洁、质质量较好量较好且且稳定稳定以及以及生产效率较高生产效率较高。层压成型工艺的缺点层压成型工艺的缺点是只能生产是只能生产板材板材，且且产品的尺寸大小受设备的限制产品的尺寸大小受设备的限制。24第24页，本讲稿共229页4喷射成型工艺喷射成型工艺将分别将分别混有促进剂和引发剂的混有促进剂和引发剂的不饱和聚

16、酯不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯树脂树脂树脂树脂从喷枪两侧（或从喷枪两侧（或在喷枪内混合在喷枪内混合）喷出，同）喷出，同时将时将玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断用切割机切断并并由喷枪由喷枪中心中心喷出，与树脂一起喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上均匀沉积到模具上。25第25页，本讲稿共229页当当不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂与与玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱混合混合沉积到一定厚度时，沉积到一定厚度时，用手辊滚压用手辊滚压用手辊滚压用手辊滚压，使纤维浸透树使纤维浸透树脂脂、压实并除去气泡压实并除去气泡，最后，最后固化成制品固化成制品。其具体工艺流程图如

17、下：其具体工艺流程图如下：26第26页，本讲稿共229页玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂加热加热加热加热引发剂引发剂引发剂引发剂促进剂促进剂促进剂促进剂静态混合静态混合静态混合静态混合切切切切割割割割喷喷喷喷枪枪枪枪模模模模具具具具喷喷喷喷射射射射成成成成型型型型辊压辊压辊压辊压固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模喷射成型工艺流程图喷射成型工艺流程图27第27页，本讲稿共229页喷射成型喷射成型喷射成型喷射成型对所用原材料对所用原材料有一定要求有一定要求，例如树脂体，例如树脂体系的系的粘度应适中粘度应适中粘度应适中粘度应适中，容易喷射

18、雾化容易喷射雾化容易喷射雾化容易喷射雾化、脱除气泡脱除气泡脱除气泡脱除气泡和和浸润纤浸润纤浸润纤浸润纤维维维维以及以及不带静电不带静电不带静电不带静电等。等。最常用的树脂最常用的树脂是是在室温或稍高温度下在室温或稍高温度下即可固化的即可固化的不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯等。等。28第28页，本讲稿共229页喷射法使用的模具与手糊法类似，而喷射法使用的模具与手糊法类似，而生产效率生产效率可提高数倍，可提高数倍，劳动强度劳动强度劳动强度劳动强度降低，能够降低，能够制作大尺寸制品制作大尺寸制品。29第29页，本讲稿共229页用用喷射成型喷射成型方法虽然可以制成方法虽然可以制成复杂形复杂形

19、状的制品状的制品，但其，但其厚度和纤维含量厚度和纤维含量厚度和纤维含量厚度和纤维含量都较难精确都较难精确控制，树脂含量一般在控制，树脂含量一般在60%以上，以上，孔隙率孔隙率较较高，高，制品强度较低制品强度较低，施工现场污染施工现场污染和和浪费较浪费较大大。30第30页，本讲稿共229页利用利用喷射法喷射法喷射法喷射法可以制作可以制作大蓬车车身大蓬车车身、船体船体、广告模型广告模型、舞台道具舞台道具、贮藏箱贮藏箱、建筑构件建筑构件、机器外罩机器外罩、容器容器、安全帽安全帽等。等。31第31页，本讲稿共229页5.连续缠绕成型工艺连续缠绕成型工艺将将浸过树脂胶液浸过树脂胶液浸过树脂胶液浸过树脂胶

20、液的的连续纤维或布带连续纤维或布带，按照一定规律，按照一定规律缠绕到芯模缠绕到芯模缠绕到芯模缠绕到芯模上，然后上，然后固化脱模固化脱模固化脱模固化脱模成为成为增强塑料制品增强塑料制品增强塑料制品增强塑料制品的工的工艺过程，称为艺过程，称为缠绕工艺缠绕工艺缠绕工艺缠绕工艺。缠绕缠绕工艺流程图工艺流程图工艺流程图工艺流程图如下图所示：如下图所示：32第32页，本讲稿共229页缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图纱团纱团纱团纱团集束集束集束集束胶液配制胶液配制胶液配制胶液配制浸胶浸胶浸胶浸胶烘干烘干烘干烘干络纱络纱络纱络纱胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽张力控制张力控制张力控制张力控制纵、环向缠绕纵、环向缠

21、绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕芯模芯模芯模芯模纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕张力控制张力控制张力控制张力控制加热粘流加热粘流加热粘流加热粘流固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模打模喷漆打模喷漆打模喷漆打模喷漆成品成品成品成品湿湿湿湿法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺干干干干法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺33第33页，本讲稿共229页利用利用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时，有两制作复合材料制品时，有两种不同的方式可供选择：种不同的方式可供选择：一是将一是将纤维或带状织物纤维或带状织物纤维

22、或带状织物纤维或带状织物浸树脂后，再缠绕在芯模上；浸树脂后，再缠绕在芯模上；二是先将二是先将纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物纤维或带状织物缠好后，再浸渍树脂。缠好后，再浸渍树脂。目前普遍采用前者。目前普遍采用前者。34第34页，本讲稿共229页缠绕机缠绕机缠绕机缠绕机类似一部机床，纤维类似一部机床，纤维通过树脂槽通过树脂槽后，后，用轧用轧用轧用轧辊辊辊辊除去纤维中多余的树脂除去纤维中多余的树脂。为改善为改善工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能和避免和避免损伤纤维损伤纤维损伤纤维损伤纤维，可预先，可预先在纤维在纤维表面表面徐覆一层徐覆一层半固化的基体树脂半固化的基体树脂半固化的基体树脂半固

23、化的基体树脂，或者，或者直接使用预浸直接使用预浸直接使用预浸直接使用预浸料料料料。35第35页，本讲稿共229页纤维纤维缠绕方式和角度缠绕方式和角度缠绕方式和角度缠绕方式和角度可以通过可以通过机械传动机械传动或或计算机计算机控制控制。缠绕达到要求厚度后缠绕达到要求厚度后，根据所选用的，根据所选用的树脂类型树脂类型，在在室温或加热箱内室温或加热箱内固化固化固化固化、脱模脱模脱模脱模便得到复合材料制品。便得到复合材料制品。36第36页，本讲稿共229页利用利用纤维缠绕工艺纤维缠绕工艺制造制造压力容器压力容器压力容器压力容器时，时，一般要求纤维具有一般要求纤维具有较高的强度较高的强度和和模量模量，容

24、容易被树脂浸润易被树脂浸润，纤维纱的，纤维纱的张力均匀张力均匀张力均匀张力均匀以及缠绕以及缠绕时时不起毛不起毛不起毛不起毛、不断头不断头不断头不断头等。等。37第37页，本讲稿共229页另外，在缠绕的时候，所使用的另外，在缠绕的时候，所使用的芯模芯模应有应有足足足足够的强度和刚度够的强度和刚度够的强度和刚度够的强度和刚度，能够承受能够承受成型加工过程中成型加工过程中各种各种载荷载荷（缠绕张力缠绕张力、固化时的、固化时的热应力热应力、自重自重等），等），满足制品满足制品形状尺寸形状尺寸和和精度要求精度要求以及以及容易与固化制容易与固化制容易与固化制容易与固化制品分离品分离品分离品分离等。等。38

25、第38页，本讲稿共229页常用的常用的芯模材料芯模材料有石膏、石蜡、金属有石膏、石蜡、金属或合金、塑料等，也可用或合金、塑料等，也可用水溶性高分材料水溶性高分材料，如以如以聚烯醇聚烯醇作粘结剂制成作粘结剂制成芯模芯模。39第39页，本讲稿共229页连续纤维缠绕技术的优点连续纤维缠绕技术的优点首先，纤维首先，纤维按预定要求排列的按预定要求排列的规整度规整度规整度规整度和和精度高精度高精度高精度高，通过改变通过改变纤维排布方式、数量纤维排布方式、数量，可以实现，可以实现等强度设计等强度设计等强度设计等强度设计，因此，能因此，能在较大程度上在较大程度上发挥发挥增强纤维抗张性能增强纤维抗张性能增强纤维

26、抗张性能增强纤维抗张性能优异的特优异的特点，点，40第40页，本讲稿共229页其次，用其次，用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术所制得的成所制得的成品，品，结构合理结构合理，比强度比强度比强度比强度和和比模量比模量高，高，质量质量比比较较稳定稳定和和生产效率生产效率较高等。较高等。41第41页，本讲稿共229页连续纤维缠绕技术的缺点连续纤维缠绕技术的缺点设备投资费用设备投资费用大，只有大，只有大批量生产时大批量生产时才才可能降低成本。可能降低成本。42第42页，本讲稿共229页连续纤维缠绕法连续纤维缠绕法适于制作适于制作承受一定内承受一定内压的压的中空型容器中空型容器，如，如固体火箭发动机壳体固

27、体火箭发动机壳体、导弹放热层导弹放热层和和发射筒发射筒、压力容器压力容器、大型贮大型贮罐罐、各种管材各种管材等。等。43第43页，本讲稿共229页近年来发展起来的近年来发展起来的异型缠绕技术异型缠绕技术，可以实，可以实现现复杂横截面形状的复杂横截面形状的回转体回转体或断面呈或断面呈矩形矩形矩形矩形、方方方方形形形形以及以及不规则形状不规则形状容器的成型。容器的成型。44第44页，本讲稿共229页 6.拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺中，首先将拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂胶液浸渍过树脂胶液的的连续纤维束连续纤维束连续纤维束连续纤维束或或带状织物带状织物在牵引装置作用下在牵引装置作用下通过

28、通过成型模成型模而而定型定型；45第45页，本讲稿共229页其次，其次，在模中或固化炉中在模中或固化炉中固化固化固化固化，制成具有，制成具有特定特定横截面形状横截面形状和和长度不受限制的长度不受限制的复合材料，如复合材料，如管材管材、棒材棒材、槽型材槽型材槽型材槽型材、工字型材工字型材、方型材方型材等。等。46第46页，本讲稿共229页一般情况下，只将一般情况下，只将预制品预制品预制品预制品在成型模中在成型模中加热到加热到预固化预固化预固化预固化的程度的程度，最后固化最后固化最后固化最后固化是是在加热箱中在加热箱中完成的。完成的。卧式拉挤成型过程原理图卧式拉挤成型过程原理图卧式拉挤成型过程原理

29、图卧式拉挤成型过程原理图制品制品制品制品切割切割切割切割纤维纤维纤维纤维树脂槽树脂槽树脂槽树脂槽挤挤挤挤胶胶胶胶器器器器预预预预成成成成型型型型拉拉拉拉拢拢拢拢热热热热模模模模47第47页，本讲稿共229页 拉挤成型拉挤成型拉挤成型拉挤成型过程中，要求过程中，要求增强纤维的增强纤维的强度高强度高、集集束性好束性好、不发生悬垂不发生悬垂和容易被树脂胶液和容易被树脂胶液浸润浸润。常用的常用的增强纤维增强纤维如如玻璃纤维玻璃纤维、芳香族聚芳香族聚酰胺纤维酰胺纤维、碳纤维碳纤维以及以及金属纤维金属纤维等。等。48第48页，本讲稿共229页用作用作基体材料基体材料的树脂的树脂的树脂的树脂以以热固性树脂热

30、固性树脂为主，为主，要求树脂的要求树脂的粘度低粘度低和和适用期长适用期长等。等。大量使用的基体材料有大量使用的基体材料有不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂和和环环环环氧树脂氧树脂氧树脂氧树脂等。等。49第49页，本讲稿共229页另外，以另外，以耐热性较好耐热性较好、熔体粘度较低熔体粘度较低的的热热塑性树脂塑性树脂为基体的为基体的拉挤成型工艺拉挤成型工艺也取得了很大也取得了很大进展。进展。其其拉挤成型的关键拉挤成型的关键在于在于增强材料的浸渍增强材料的浸渍增强材料的浸渍增强材料的浸渍。50第50页，本讲稿共229页在在拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺中，目前

31、常用的方法如中，目前常用的方法如热熔涂覆热熔涂覆热熔涂覆热熔涂覆法法法法和和混编法混编法混编法混编法。热熔涂覆法热熔涂覆法热熔涂覆法热熔涂覆法是使是使增强材料增强材料通过通过熔融树脂熔融树脂，浸渍，浸渍树脂后树脂后在成型模中在成型模中冷却定型冷却定型冷却定型冷却定型；51第51页，本讲稿共229页混编法混编法混编法混编法中，首先按一定比例将中，首先按一定比例将热塑性聚合物纤热塑性聚合物纤维维与与增强材料增强材料混编织成混编织成带状带状带状带状、空芯状空芯状空芯状空芯状等几何形状的织等几何形状的织物；物；然后，利用具有然后，利用具有一定几何形状的织物一定几何形状的织物通过热模时通过热模时基体纤维

32、熔化基体纤维熔化基体纤维熔化基体纤维熔化并并浸渍增强材料浸渍增强材料浸渍增强材料浸渍增强材料，冷却定型冷却定型冷却定型冷却定型后成为产后成为产品。品。52第52页，本讲稿共229页拉挤成型的优点拉挤成型的优点生产效率高生产效率高生产效率高生产效率高，易于实现自动化；，易于实现自动化；制品中增强材料的含量一般为制品中增强材料的含量一般为40-80，能够充分发挥增强材料的作用，能够充分发挥增强材料的作用，制品性能稳定制品性能稳定可靠可靠；53第53页，本讲稿共229页不需要或仅需要进行少量加工，生产过不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中程中树脂损耗少树脂损耗少树脂损耗少树脂损耗少；制品的制品的纵

33、向和横向强度可任意调整纵向和横向强度可任意调整，以，以适应不同制品的使用要求，其长度可适应不同制品的使用要求，其长度可根据需根据需要要定长切割定长切割。54第54页，本讲稿共229页拉挤制品的主要应用领域拉挤制品的主要应用领域(1)耐腐蚀领域耐腐蚀领域耐腐蚀领域耐腐蚀领域。主要用于。主要用于上、下水装置上、下水装置，工业，工业废废水处理设备水处理设备、化工挡板化工挡板及化工、石油、造纸和冶金等及化工、石油、造纸和冶金等工厂内的工厂内的栏杆栏杆、楼梯楼梯、平台扶手平台扶手等。等。(2)电工领域电工领域电工领域电工领域。主要用于主要用于高压电缆保护管高压电缆保护管、电缆架电缆架、绝缘梯绝缘梯、绝缘

34、杆绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零部件等。、灯柱、变压器和电机的零部件等。55第55页，本讲稿共229页(3)建筑领域建筑领域建筑领域建筑领域。主要用于。主要用于门窗结构用门窗结构用型材、桁架、型材、桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。(4)运输领域运输领域运输领域运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车箱、。主要用于卡车构架、冷藏车箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船舶甲板、电气汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船舶甲板、电气火车轨道护板等。火车轨道护板等。56第56页，本讲稿共229页(5)运动娱乐领域运动娱乐领域运动娱乐领域运动娱乐领域。主要用于钓鱼杆、弓箭

35、杆、滑。主要用于钓鱼杆、弓箭杆、滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池底板等。雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池底板等。(6)能源开发领域能源开发领域能源开发领域能源开发领域。主要用于主要用于太阳能收集器太阳能收集器、支、支架、架、风力发电机叶片风力发电机叶片和抽油杆等。和抽油杆等。(7)航空航天领域航空航天领域航空航天领域航空航天领域。如宇宙飞船。如宇宙飞船天线绝缘管天线绝缘管，飞，飞船用船用电机零部件电机零部件等。等。57第57页，本讲稿共229页目前，随着目前，随着科学和技术科学和技术科学和技术科学和技术的不断发展，正向着的不断发展，正向着提提提提高生产速度高生产速度高生产速度高生产速

36、度、热塑性和热固性树脂同时使用热塑性和热固性树脂同时使用的的复合复合复合复合结构材料结构材料结构材料结构材料和方向发展。和方向发展。生产生产大型制品大型制品大型制品大型制品，改进，改进产品外观质量产品外观质量产品外观质量产品外观质量和和提高产品提高产品提高产品提高产品的横向强度的横向强度的横向强度的横向强度都将是都将是拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺拉挤成型工艺今后的发展方向。今后的发展方向。58第58页，本讲稿共229页 7.注射成型工艺注射成型工艺注射成型注射成型注射成型注射成型是是树脂基复合材料生产中的树脂基复合材料生产中的一种重一种重要成型方法，它适用于要成型方法，它适用于热塑性和

37、热固性复合材料热塑性和热固性复合材料，但但以热塑性复合材料以热塑性复合材料应用最广。应用最广。59第59页，本讲稿共229页注射成型工艺原理注射成型工艺原理注射成型注射成型注射成型注射成型是根据是根据金属压铸原理金属压铸原理金属压铸原理金属压铸原理发展起来的一种发展起来的一种成型方法成型方法。该方法是将该方法是将颗粒状树脂颗粒状树脂颗粒状树脂颗粒状树脂、短纤维短纤维短纤维短纤维送入送入注射腔注射腔内内，加热熔化加热熔化、混合均匀混合均匀，并，并以一定的挤出压力以一定的挤出压力，注，注射到温度较低的射到温度较低的密闭模具密闭模具密闭模具密闭模具中，经过中，经过冷却定型冷却定型后，开模后，开模便得

38、到复合材料制品便得到复合材料制品。60第60页，本讲稿共229页注射成型工艺过程注射成型工艺过程注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括包括加料加料加料加料、熔化熔化熔化熔化、混合混合混合混合、注射注射注射注射、冷却硬化冷却硬化冷却硬化冷却硬化和和脱模脱模脱模脱模等步骤等步骤。加工加工热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂时，一般是将时，一般是将温度较低的树脂体温度较低的树脂体温度较低的树脂体温度较低的树脂体系系系系(防止物料在进入模具之前发生固化防止物料在进入模具之前发生固化)与与短纤维短纤维短纤维短纤维混合均混合均匀后注射到模具，然后再匀后注射到模具，然后再加热模具加热模具加热模具加热模具使

39、其固化成型。使其固化成型。61第61页，本讲稿共229页在加工过程中，由于在加工过程中，由于熔体混合物的流动熔体混合物的流动熔体混合物的流动熔体混合物的流动会使会使纤维纤维在树脂基体中的分布在树脂基体中的分布有一定的有一定的各向异性各向异性各向异性各向异性。如果制品形状比较复杂，则容易出现如果制品形状比较复杂，则容易出现局部纤局部纤维分布不均匀维分布不均匀或或大量树脂富集区大量树脂富集区，影响材料的，影响材料的性能。性能。62第62页，本讲稿共229页因此，因此，注射成型工艺注射成型工艺要求要求树脂与短纤维树脂与短纤维的混合均匀的混合均匀，混合体系有，混合体系有良好的流动性良好的流动性，而，而

40、纤维含量不宜过高纤维含量不宜过高，一般在，一般在30-40左右。左右。63第63页，本讲稿共229页注射成型法注射成型法所得制品所得制品的的精度高精度高、生产周生产周期短期短、效率较高效率较高、容易实现自动控制容易实现自动控制，除氟，除氟树脂外，几乎所有的树脂外，几乎所有的热塑性树脂热塑性树脂都可以采用都可以采用这种方法成型。这种方法成型。64第64页，本讲稿共229页按按物料物料物料物料在注射腔中在注射腔中熔化方式熔化方式熔化方式熔化方式分类，常用的分类，常用的注射机注射机注射机注射机有有按塞式按塞式按塞式按塞式和和螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式两种。两种。由于由于按塞式注射机按塞式注射机按塞式注

41、射机按塞式注射机塑化能力较低塑化能力较低、塑化均匀性差塑化均匀性差，注射压力损耗大注射压力损耗大及及注射速度较慢注射速度较慢等，已很少生产，现在等，已很少生产，现在普遍使用的是普遍使用的是往复螺杆式注射机往复螺杆式注射机往复螺杆式注射机往复螺杆式注射机。65第65页，本讲稿共229页2、金属基复合材料的成型技术、金属基复合材料的成型技术金属基复合材料的金属基复合材料的制备工艺方法制备工艺方法对复合对复合材料的材料的性能性能有很大的影响，是金属基复合材料有很大的影响，是金属基复合材料的的重要研究内容重要研究内容之一。之一。66第66页，本讲稿共229页金属基复合材料工艺研究内容金属基复合材料工艺

42、研究内容 金属基体与增强材料的金属基体与增强材料的结合结合和和结合方结合方式式；金属基体金属基体/增强材料增强材料界面界面和和界面产物界面产物界面产物界面产物在工艺过程中的形成及控制在工艺过程中的形成及控制；67第67页，本讲稿共229页 增强材料增强材料在金属基体中的在金属基体中的分布分布；防止防止连续纤维连续纤维在制备工艺过程中的在制备工艺过程中的损损伤伤；优化优化工艺参数工艺参数，提高复合材料的，提高复合材料的性能性能和稳定性和稳定性，降低，降低成本成本。68第68页，本讲稿共229页根据各种根据各种方法的基本特点方法的基本特点方法的基本特点方法的基本特点，把把金属基复合材料金属基复合材

43、料金属基复合材料金属基复合材料的制备工艺的制备工艺的制备工艺的制备工艺分为四大类：分为四大类：(1)(1)固态固态固态固态法；法；法；法；(2)(2)液态液态液态液态法；法；法；法；(3)(3)喷射与喷涂沉积喷射与喷涂沉积喷射与喷涂沉积喷射与喷涂沉积法；法；法；法；(4)(4)原位复合原位复合原位复合原位复合法。法。法。法。69第69页，本讲稿共229页常用的金属基复合材料制备工艺常用的金属基复合材料制备工艺70第70页，本讲稿共229页(1)固态法固态法固态制备工艺主要为固态制备工艺主要为扩散结合扩散结合和和粉末治粉末治粉末治粉末治金金金金两种方法。两种方法。71第71页，本讲稿共229页1

44、)扩散结合扩散结合在一定的在一定的温度和压力温度和压力下，把表面下，把表面新鲜清洁新鲜清洁的的相同相同或不相同或不相同的金属，通过的金属，通过表面原子的互相扩散表面原子的互相扩散表面原子的互相扩散表面原子的互相扩散而连接在而连接在一起。一起。因而，扩散结合也成为一种制造因而，扩散结合也成为一种制造连续纤维增强连续纤维增强连续纤维增强连续纤维增强金属基复合材料金属基复合材料金属基复合材料金属基复合材料的传统工艺方法。的传统工艺方法。72第72页，本讲稿共229页扩散结合工艺扩散结合工艺中，中，增强纤维与基体的结增强纤维与基体的结合合主要分为三个关键步骤：主要分为三个关键步骤：纤维的排布；纤维的排

45、布；复合材料的叠合和真空封装；复合材料的叠合和真空封装；热压。热压。73第73页，本讲稿共229页采用采用扩散结合方式扩散结合方式制备金属基复合材料，制备金属基复合材料，工艺相工艺相工艺相工艺相对复杂对复杂对复杂对复杂，工艺参数控制工艺参数控制工艺参数控制工艺参数控制要求严格，纤维排布、叠合以要求严格，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，及封装手工操作多，成本高成本高。但但扩散结合扩散结合扩散结合扩散结合是是连续纤维增强连续纤维增强并能并能按照铺层要求排按照铺层要求排布的布的惟一可行的工艺。惟一可行的工艺。74第74页，本讲稿共229页在在扩散结合工艺扩散结合工艺扩散结合工艺扩散结合工艺中，中，

46、增强纤维与基体增强纤维与基体的的湿润问题湿润问题湿润问题湿润问题容容易解决，而且易解决，而且在热压时在热压时可通过可通过控制工艺参数控制工艺参数控制工艺参数控制工艺参数的办法的办法来来控制界面反应控制界面反应控制界面反应控制界面反应。因此，在金属基复合材料的因此，在金属基复合材料的早期生产早期生产早期生产早期生产中大量中大量采用采用扩散结合工艺扩散结合工艺扩散结合工艺扩散结合工艺。75第75页，本讲稿共229页2)粉末冶金粉末冶金粉末冶金既可用于粉末冶金既可用于连续长纤维连续长纤维增强，增强，又可用于又可用于短纤维短纤维、颗粒颗粒颗粒颗粒或或晶须晶须增强的增强的金属基金属基复合材料复合材料。7

47、6第76页，本讲稿共229页在粉未冶金法中，在粉未冶金法中，长纤维增强金属基复合长纤维增强金属基复合材料材料分两步进行。分两步进行。首先是将首先是将预先设计好的一定体积百分比的预先设计好的一定体积百分比的长长长长纤维和金属基体粉末纤维和金属基体粉末纤维和金属基体粉末纤维和金属基体粉末混装于容器中，在混装于容器中，在真空或保真空或保护气氛护气氛下下预烧结预烧结。然后将然后将预烧结体预烧结体进行进行热等静压热等静压加工。加工。77第77页，本讲稿共229页一般情况下，采用一般情况下，采用粉未冶金工艺粉未冶金工艺粉未冶金工艺粉未冶金工艺制备的制备的长长纤维增强金属基复合材料中纤维增强金属基复合材料中

48、，纤维的，纤维的体积百体积百分含量分含量为为40%60%，最多可达，最多可达75%。78第78页，本讲稿共229页粉末冶金法五大优点粉末冶金法五大优点 热等静压热等静压热等静压热等静压或或烧结温度烧结温度烧结温度烧结温度低于低于低于低于金属熔点，因而由高金属熔点，因而由高温引起的增强材料与金属基体的温引起的增强材料与金属基体的界面反应少界面反应少界面反应少界面反应少，减小了，减小了界面反应对复合材料性能的不利影响。同时可以通界面反应对复合材料性能的不利影响。同时可以通过过热等静压或烧结时热等静压或烧结时的的温度温度温度温度、压力压力压力压力和和时间时间时间时间等工艺参数等工艺参数来来控制界面反

49、应控制界面反应。79第79页，本讲稿共229页 可根据性能要求，使增强材料（纤维、颗可根据性能要求，使增强材料（纤维、颗粒或晶须）与基体金属粉末粒或晶须）与基体金属粉末以任何比例混合以任何比例混合，纤纤维含量最高维含量最高可达可达75%，颗粒含量颗粒含量可达可达50%以上，以上，这是液态法无法达到的。这是液态法无法达到的。80第80页，本讲稿共229页 可降低可降低增强材料与基体增强材料与基体互相湿润互相湿润互相湿润互相湿润的要求，的要求，也降低了也降低了增强材料与基体粉未增强材料与基体粉未的的密度差密度差的要求，的要求，使使颗粒或晶须颗粒或晶须均匀分布均匀分布在金属基复合材料的基在金属基复合

50、材料的基体中。体中。81第81页，本讲稿共229页 采用采用热等静压工艺热等静压工艺时，其时，其组织细化组织细化、致致密密、均匀均匀，一般不会产生，一般不会产生偏析、偏聚偏析、偏聚等缺陷，等缺陷，可使可使孔隙和其他内部缺陷孔隙和其他内部缺陷得到明显改善，从得到明显改善，从而提高复合材料的性能。而提高复合材料的性能。82第82页，本讲稿共229页 粉未冶金法粉未冶金法制备的制备的金属基复合材料金属基复合材料可可通过传统的通过传统的金属加工方法金属加工方法进行二次加工。可以进行二次加工。可以得到所需形状的复合材料构件的得到所需形状的复合材料构件的毛坯毛坯。83第83页，本讲稿共229页 工艺过程比