材料合成与制备.pptx

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1、现代高科技的发展对材料提出了更高、更苛现代高科技的发展对材料提出了更高、更苛刻的要求。航空、航天和海洋开发领域的发展、刻的要求。航空、航天和海洋开发领域的发展、现代武器系统，要求材料质轻、高强、高韧、现代武器系统，要求材料质轻、高强、高韧、耐热、抗疲劳、抗氧化、抗腐蚀、吸波、隐身耐热、抗疲劳、抗氧化、抗腐蚀、吸波、隐身等特点。等特点。很明显，传统的单一材料无法满足以上综合很明显，传统的单一材料无法满足以上综合要求，不能满足现代科学技术发展的需要。要求，不能满足现代科学技术发展的需要。一、复合材料出现的必然性一、复合材料出现的必然性4.1 概述第1页/共77页二、复合材料的定义（各各教教科科书书

2、说说法法不不同同，意意见见基基本本一一致致，没没有有完完全全统统一一的说法）的说法）广义的定义：广义的定义：复复合合材材料料是是指指由由两两种种或或两两种种以以上上的的不不同同材材料料，通通过过一一定定的的工工艺艺复复合合而而成成的的，性性能能优优于于原原单单一一材材料料的的多多相固体材料相固体材料。第2页/共77页注意：注意：所研究的复合材料与化合物材料、混合材料的区别。v主要体现在：v多相体系多相体系和复合效果复合效果是复合材料区别于传统的“混合材料混合材料”和“化合材料化合材料”的两大特征。v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v狭义定义：狭义定义：v

3、（通常研究的内容：）用纤维、颗粒增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。v由此可以得出：复合材料复合材料 =增强材料增强材料 基体材料基体材料第3页/共77页例如：例如：天然木材天然木材 -纤维素纤维纤维素纤维 +木质素木质素钢筋混凝土钢筋混凝土-砂、石、钢筋砂、石、钢筋 +水泥水泥玻璃钢玻璃钢 -玻璃纤维玻璃纤维 +热固性树脂热固性树脂 第4页/共77页四、复合材料发展史四、复合材料发展史l几乎所有的生物材料都是复合材料竹子、骨骼、贝壳等等几乎所有的生物材料都是复合材料竹子、骨骼、贝壳等等l古代人们用草梗和泥造墙，用稻草和泥做屋顶古代人们用草梗和泥造墙，用稻草和泥做屋顶 第5页/共

4、77页第6页/共77页五、复合材料的命名与分类五、复合材料的命名与分类命名方法：命名方法：（1）基体材料名称与增强体材料并用基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加上上“复合材料复合材料”（2）强调增强体时强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。复合

5、材料等。（3）强调基体时强调基体时以基体材料的名称为主。以基体材料的名称为主。如树脂基复合如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等等。第7页/共77页复合材料分类：复合材料分类：p按增强材料形态分类按增强材料形态分类颗粒、纤维、层片颗粒、纤维、层片p按增强纤维种类分类按增强纤维种类分类长纤维、短纤维、晶须长纤维、短纤维、晶须p按基体材料分类按基体材料分类金属基、树脂基、陶瓷基金属基、树脂基、陶瓷基p按材料作用分类按材料作用分类结构复合材料、功能复合材料结构复合材料、功能复合材料第8页/共77页六、六、复合材料的性能复合材料的性能共同的特点：共同的特

6、点：p取长补短，协同作用取长补短，协同作用p性能的可设计性性能的可设计性p可制成所需的任意形状的产品，可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序可避免多次加工工序第9页/共77页性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是它们的结合界面、成型工艺等。次是它们的结合界面、成型工艺等。1 1、取决于增强相的性能、取决于增强相的性能 .比强度比刚度高比强度比刚度高 .冲击韧性和断裂韧性高冲击韧性和断裂韧性高 .耐疲劳性好耐疲劳性好 .减震性减震性 .热膨胀系数小热膨胀系数小七、复合材料的性能比较裂纹扩展示意图裂纹扩展示意图第10页/共77页材料材料密度密度

7、g/cmg/cm3 3抗拉强抗拉强度度10103 3MPaMPa弹性模弹性模量量10105 5MPaMPa比强度比强度10107 7cmcm比模比模量量10109 9cmcm钢钢7.81.032.10.130.27铝合金铝合金2.80.470.750.170.26钛合金钛合金4.50.961.140.210.25玻璃钢玻璃钢2.01.060.40.530.20碳纤维碳纤维/环氧环氧1.451.501.41.030.97有机纤维有机纤维/环环氧氧1.41.40.81.00.57硼纤维硼纤维/环氧环氧2.11.382.10.661.0硼纤维硼纤维/铝铝2.651.02.00.380.57各种材料的

8、比强度和比模量各种材料的比强度和比模量第11页/共77页、硬度、硬度 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基树脂基、耐热性、耐热性 树脂基树脂基:60:60 250250 金属基金属基:400:400 8 80000 陶瓷基陶瓷基:1000:1000 15001500、耐自然老化、耐自然老化 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基树脂基2 2、取决于基体相的性能、取决于基体相的性能第12页/共77页、导热导电性、导热导电性 金属基金属基 陶瓷基陶瓷基 树脂基树脂基、耐蚀性、耐蚀性 陶瓷基和树脂基陶瓷基和树脂基 金属基金属基、工艺性及生产成本、工艺性及生产成本 陶瓷基陶瓷基 金属基金属基 树脂基树脂基

9、第13页/共77页1 1、设计的三个层次：、设计的三个层次：单层设计单层设计 -微观力学方法微观力学方法 层合体设计层合体设计 -宏观力学方法宏观力学方法 产品结构设计产品结构设计 -结构力学方法结构力学方法 八、复合材料设计层合体设计层合体设计第14页/共77页2 2、特点：、特点：性能可设计性强性能可设计性强 （可调因素多）（可调因素多）材料设计与结构设计相关联材料设计与结构设计相关联 性能预测性差性能预测性差 如如:加和法加和法 没有考虑界面结合的影响，预测性很差。没有考虑界面结合的影响，预测性很差。第15页/共77页九、复合材料的应用九、复合材料的应用战车战车导弹陶瓷刀具第16页/共7

10、7页1 1、航空航天、武器方面的应用、航空航天、武器方面的应用波音波音787“梦幻客梦幻客机机”半成机身材半成机身材料为轻型复合材料为轻型复合材料，而波音料，而波音777型客机机身轻型型客机机身轻型复合材料比例仅复合材料比例仅为为12。由此，。由此，“梦幻客机梦幻客机”更更轻更省油。轻更省油。第17页/共77页2、信息电子、生物方面的应用信息电子、生物方面的应用l光导纤维，电子设备的电路板，磁带磁盘，机壳和屏蔽l修复和更换脏器、人造骨第18页/共77页铝木复合门窗铝木复合门窗汽车保险杠和底板、发动机汽车保险杠和底板、发动机罩等，甚至全复合材料汽车罩等，甚至全复合材料汽车3、人类生活方面的应用人

11、类生活方面的应用第19页/共77页跳跳高高撑撑杆杆第20页/共77页4、节约能源、开发能源方面应用节约能源、开发能源方面应用第21页/共77页复合地板复合地板玻璃钢管道玻璃钢管道5、环境方面应用、环境方面应用第22页/共77页十、复合材料的发展趋势十、复合材料的发展趋势l发展功能、多功能、机敏、智能复合材料发展功能、多功能、机敏、智能复合材料 l发展纳米复合材料发展纳米复合材料l发展仿生复合材料发展仿生复合材料第23页/共77页4.2 4.2 基体材料基体的作用基体的作用:固结增强相，均衡载荷和传递应力固结增强相，均衡载荷和传递应力,保持基本性质。保持基本性质。选材原则：选材原则：强度、刚度等

12、力学性能，只作一般性考虑。强度、刚度等力学性能，只作一般性考虑。两者相容性，环境适应性，工艺性，重点考虑。两者相容性，环境适应性，工艺性，重点考虑。第24页/共77页4.3 4.3 增强材料 玻璃纤维玻璃纤维 低档低档 20204040元元/Kg/Kg 芳芳纶纶纤纤维维 中中档档 200200400400元元/KgKg 碳碳纤纤维维 高高档档 60060010001000元元/KgKg SiC SiC纤维纤维 陶瓷颗粒陶瓷颗粒 AlAl2 2O O3 3纤维纤维 金属丝金属丝金属和陶瓷基金属和陶瓷基第25页/共77页 1.1.品种品种 有碱玻璃纤维有碱玻璃纤维 Na-Ca-SiNa-Ca-Si

13、系普通玻璃系普通玻璃（NaNa2 2O O15%15%）中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 NaNa2 2O(10.5O(10.512.5%)12.5%)用量少用量少 无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维 Ca-Al-B-SiCa-Al-B-Si系系 用量大用量大 高强玻璃纤维高强玻璃纤维 Mg-Al-SiMg-Al-Si系系 或或B B2 2O O3 3系系 高弹玻璃纤维高弹玻璃纤维 Mg-Al-SiMg-Al-Si系系 或或B B2 2O O3 3系中加入系中加入BeOBeO一.玻璃纤维GFGF第26页/共77页2.2.GFGF的制备的制备制玻璃球制玻璃球铂金坩埚熔融铂金坩埚熔融小漏孔拉丝小漏孔拉丝涂浸润剂涂浸

14、润剂并股成纱并股成纱纺纺织织成成布布、毡毡或或带带。第27页/共77页 粗纱粗纱 30m30m 初级纱初级纱 20m20m 中级纱中级纱 101020m 20m 高级纱高级纱 3 310m10m浸润剂作用：使纤维柔顺，防止磨损。浸润剂作用：使纤维柔顺，防止磨损。常用的有：常用的有：石蜡乳液石蜡乳液 复合前须清除复合前须清除 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 不必清除不必清除 改性有机硅类改性有机硅类 不必清除不必清除第28页/共77页3.GF3.GF的性能的性能(1).(1).力学性能力学性能 抗拉强度：比块玻璃高一个数量级；抗拉强度：比块玻璃高一个数量级；弹性模量：与铝相当，为钢的弹性模量：与铝相当

15、，为钢的1/31/3倍。倍。因密度低因密度低2.52.5，比模量高。，比模量高。断裂延伸率：低断裂延伸率：低3%3%(2).(2).热学性能热学性能 导热系数：比块玻璃低导热系数：比块玻璃低1 12 2个数量级个数量级 耐热性：普通耐热性：普通Na-Ca-SiNa-Ca-Si玻纤玻纤 500;500;耐热玻纤耐热玻纤(石英，高硅氧石英，高硅氧)KF KF GF GF 抗冲击性能很好。抗冲击性能很好。热学性能热学性能 长期使用长期使用 200 200化学性能化学性能 耐中性化学品腐蚀，吸水率高。耐中性化学品腐蚀，吸水率高。第37页/共77页四.其它纤维SiCSiC纤维纤维B B纤维纤维AlAl2

16、 2O O3 3纤维纤维晶须晶须第38页/共77页4.4 4.4 复合界面复合过程中，材料通过润湿、渗透、复合过程中，材料通过润湿、渗透、扩散和化学反应形成一层成分、结构不扩散和化学反应形成一层成分、结构不同于两相的过渡层微区同于两相的过渡层微区界面。界面。基体扩散层化合物层基体扩散层化合物层扩散层纤维扩散层纤维基体基体纤维纤维第39页/共77页1.1.物理结合物理结合 （机械咬合（机械咬合 +次价键结合）次价键结合）液液态态基基体体渗渗入入纤纤维维表表面面微微孔孔，固固化化后后形形成成咬咬合合界界面。面。粗粗糙糙界界面面、低低的的表表面面能能和和低低粘粘度度，有有利利于于物物理理结结合合。极

17、极性性树树脂脂如如：酚酚醛醛、聚聚酰酰胺胺、环环氧氧等等，与与极极性性纤纤维具有良好的润湿性，并可形成次价键结合维具有良好的润湿性，并可形成次价键结合。非非极极性性树树脂脂如如：聚聚乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、聚聚四四氟氟乙乙烯烯等等，结合力弱结合力弱，复合效果差复合效果差。一典型界面结合第40页/共77页总之：物理结合是一种比较弱的结合方式。物理结合是一种比较弱的结合方式。树脂基复合材料若不经特殊处理，树脂基复合材料若不经特殊处理，多为物理结合。多为物理结合。金属基部分以物理方式结合。金属基部分以物理方式结合。陶瓷基几乎不以这种方式结合。陶瓷基几乎不以这种方式结合。第41页/共77页2.2.扩散

18、融合扩散融合两两相相成成分分不不同同，经经扩扩散散或或熔熔融融形形成成过过渡渡层层，性性质质介介于于两相之间，结合力较强。两相之间，结合力较强。金金属属与与陶陶瓷瓷基基复复合合温温度度较较高高，小小分分子子和和原原子子易易于于扩扩散散，较常见。较常见。3.3.化学结合化学结合化学键结合力强。但当两相亲合力过强，可能发生化化学键结合力强。但当两相亲合力过强，可能发生化学反应，界面形成较厚的脆性化合物时，性能反而下学反应，界面形成较厚的脆性化合物时，性能反而下降。降。第42页/共77页树脂基复合材料：为提高两相的润湿性和结合力，树脂基复合材料：为提高两相的润湿性和结合力，通常采用偶联剂处理纤维表面

19、，或将偶联剂直接加通常采用偶联剂处理纤维表面，或将偶联剂直接加到液态树脂中，以便形成化学键结合。到液态树脂中，以便形成化学键结合。金属与陶瓷材料：化学键结合常见。多数情况在界金属与陶瓷材料：化学键结合常见。多数情况在界面上形成化合物层，脆性大，对力学性能不利。尤面上形成化合物层，脆性大，对力学性能不利。尤其是高温使用的材料，应防止反应发生。其是高温使用的材料，应防止反应发生。第43页/共77页二.增强材料的表面处理为改善纤维表面的浸润性，提高界面结合力，对纤为改善纤维表面的浸润性，提高界面结合力，对纤维进行的预处理维进行的预处理表面改性。表面改性。要点：不同的复合体系应采用不同的处理方法。要点

20、：不同的复合体系应采用不同的处理方法。树脂基树脂基提高化学结合提高化学结合金属及陶瓷基金属及陶瓷基抑制化学反应抑制化学反应第44页/共77页1 1玻璃纤维玻璃纤维引入偶联剂。引入偶联剂。2.2.碳纤维碳纤维 氧化法氧化法 -提高表面粗造度和极性。提高表面粗造度和极性。沉积法沉积法 -CVD-CVD沉积碳晶须。沉积碳晶须。电聚合法电聚合法 -接枝高分子支链接枝高分子支链3 3芳纶等有机纤维芳纶等有机纤维 等等离离子子处处理理，使使苯苯环环氧氧化化成成 -COOH-COOH、-OH-OH；或接枝聚合生成高分子支链。；或接枝聚合生成高分子支链。第45页/共77页4.4.与金属基复合的纤维与金属基复合

21、的纤维目的：目的：提高浸润性，抑制化学反应。提高浸润性，抑制化学反应。CF CF、BFBF与金属反应活性高，化学相容性差；与金属反应活性高，化学相容性差；氮化物、碳化物纤维反应活性较低；氮化物、碳化物纤维反应活性较低；Al Al2 2O O3 3反应活性最低。反应活性最低。措施：措施：降低复合温度，减少高温停留时间。降低复合温度，减少高温停留时间。涂覆隔离层。如涂覆隔离层。如CFCF、BFBF表面涂表面涂SiCSiC。镀镀覆覆金金属属层层，改改善善浸浸润润性性。如如AlAl2 2O O3 3纤纤维维镀镀CuCu、NiNi等。等。第46页/共77页成型固化工艺：成型固化工艺：p成型：将预浸料铺置

22、成一定的形状成型：将预浸料铺置成一定的形状p固化：在温度、时间和压力等因素影响下使形固化：在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，并达到预定性能要求状固定下来，并达到预定性能要求成型方法：成型方法：手糊成型，手糊成型，压力袋成型，树脂注射和树脂传递成型，压力袋成型，树脂注射和树脂传递成型，喷射成型，喷射成型，模压成型，模压成型，注射成型，挤出成型，注射成型，挤出成型，纤维纤维缠绕成型，缠绕成型，连续板材成型，离心浇注成型连续板材成型，离心浇注成型4.5 树脂基复合材料的制备方法第47页/共77页手糊工艺手糊工艺定义：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，室温（或加热）、无压（或低压）

23、条件下固化，脱模成制品的工艺方法。第48页/共77页模具模具准备准备树脂胶树脂胶液配制液配制增强材增强材料准备料准备涂脱涂脱模剂模剂手糊成手糊成型型固固化化脱脱模模检检验验制制品品后处后处理理手糊成型工艺流程手糊成型工艺流程第49页/共77页1.原材料选择原材料选择聚合物基体：聚合物基体：p能在室温下凝胶、固化，且无低分子物产生能在室温下凝胶、固化，且无低分子物产生p能配制成粘度适当的胶液（能配制成粘度适当的胶液（0.20.5 PaS）p无毒或低毒，价格便宜无毒或低毒，价格便宜常用：常用：不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂（约占（约占80%），环氧树脂），环氧树脂航空材料：航空材料：双马来酰亚胺（湿

24、热型，断裂韧性高）；双马来酰亚胺（湿热型，断裂韧性高）；聚酰亚胺（耐高温、辐射，良导电性）聚酰亚胺（耐高温、辐射，良导电性）第50页/共77页增强材料：增强材料：常用常用玻璃纤维及其织物玻璃纤维及其织物（无碱纤维、中（无碱纤维、中碱纤维、有碱纤维、玻璃纤维细布），碱纤维、有碱纤维、玻璃纤维细布），少量少量碳纤维碳纤维、芳伦纤维、芳伦纤维。常用外脱模剂：常用外脱模剂：p薄膜型：薄膜型：聚酯薄膜、聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、玻璃纸聚乙烯醇薄膜、玻璃纸p混合溶液型：混合溶液型：聚乙烯醇溶液聚乙烯醇溶液p蜡型脱模剂：蜡型脱模剂：第51页/共77页2.模具的设计与制造模具的设计与制造模具类型：单模（阳模、阴

25、模），对模模具类型：单模（阳模、阴模），对模模具材料：模具材料：玻璃钢玻璃钢，木材、石膏砂、可溶性木材、石膏砂、可溶性盐、低熔点金属等盐、低熔点金属等第52页/共77页3.原材料的准备原材料的准备胶液粘度：胶液粘度：粘度应控制在粘度应控制在0.20.8PaS之间，可通过之间，可通过稀释剂调节稀释剂调节凝胶时间：凝胶时间：指在一定温度条件下，树脂中加入定量的指在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态失去流动性，变引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间。成软胶状态的凝胶所需的时间。胶液胶液第53页/共77页胶衣糊准备：用来制作表面胶衣糊准

26、备：用来制作表面胶衣层胶衣层（耐水型、（耐水型、自熄型、耐热型、柔韧耐磨型）自熄型、耐热型、柔韧耐磨型）胶衣糊胶衣糊第54页/共77页4.糊制糊制涂刷或喷涂，厚度一般为涂刷或喷涂，厚度一般为0.250.5mm铺层控制：铺层控制：首先应铺放一层较柔软的增强材料，首先应铺放一层较柔软的增强材料，形成一层富树脂层形成一层富树脂层铺层接缝处理铺层接缝处理“阶梯阶梯”接缝层拼接形式接缝层拼接形式刷胶衣：刷胶衣：糊制结构层：糊制结构层：第55页/共77页5.固化固化凝胶阶段凝胶阶段定型闭（硬化）阶段定型闭（硬化）阶段熟化（完全固化）阶段熟化（完全固化）阶段固化过程：固化过程：第56页/共77页树脂与树脂与

27、填料填料置于型置于型腔中腔中合模合模加压加压成型成型固化固化模压成型工艺模压成型工艺(Compression Molding)定义：将一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，固化成型并脱模后得到复合材料制品的一种方法。第57页/共77页模压成型工作循环模压成型工作循环料预热和预成型料的称量清洗嵌件，嵌件预热清 理 压 模涂 脱 模 剂放嵌件加 料合 模加热加压排 气加热卸压固 化保温保压开 模卸压脱模塑件整形去 应 力塑件送至下一工序第58页/共77页片状模塑料片状模塑料（Sheet Molding Compound）：）：组成：组成：不饱和聚酯树脂糊不饱和聚酯树脂糊+短切纤维

28、粗纱或玻璃纤维毡短切纤维粗纱或玻璃纤维毡 1.模压料模压料可模压性：可模压性：即模压时应具有良好即模压时应具有良好的均匀性和流动性的均匀性和流动性散状模塑料散状模塑料（Bulk Molding Compound）团状模塑料团状模塑料（Dough Molding Compound）第59页/共77页模压料预热和预成型：模压料预热和预成型：改善工艺性能，缩短固改善工艺性能，缩短固 化时间，降低成型压力化时间，降低成型压力装料量的估算装料量的估算：脱模剂的选用脱模剂的选用：内外：内外2.模压工艺模压工艺第60页/共77页温度制度：温度制度：压力制度：压力制度：装模温度、升温速度、最高温度、恒温、装模

29、温度、升温速度、最高温度、恒温、降温、后固化温度降温、后固化温度成型压力、加压时机、放气成型压力、加压时机、放气压制过程压制过程固化时间：即保温时间固化时间：即保温时间第61页/共77页连续缠绕成型工艺连续缠绕成型工艺(Filament Winding Process)第62页/共77页连续缠绕成型工艺连续缠绕成型工艺将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强塑规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强塑料制品的工艺过程。料制品的工艺过程。缠绕工艺：缠绕工艺：干法缠绕：设备成本高，劳动条件好，生产效率高干法缠绕：设备成本高

30、，劳动条件好，生产效率高湿法缠绕：成本低，产品气密性好，生产环境差湿法缠绕：成本低，产品气密性好，生产环境差半干法缠绕：半干法缠绕：三大过程：预浸、缠绕、固化脱模。第63页/共77页石膏、钢、铝、低熔点金属、木材、水泥、石石膏、钢、铝、低熔点金属、木材、水泥、石蜡、聚乙烯醇等蜡、聚乙烯醇等所用材料：所用材料：结构形式：结构形式：1.芯模芯模p实心或空心整体式芯模实心或空心整体式芯模p组合装配式芯模组合装配式芯模p石膏隔板组合式芯模石膏隔板组合式芯模p管道芯模管道芯模第64页/共77页2.缠绕规律缠绕规律缠绕规律：描述纱片均匀稳定连续排布芯模表面以及缠绕规律：描述纱片均匀稳定连续排布芯模表面以及

31、芯模与导丝头间运动关系的规律芯模与导丝头间运动关系的规律缠绕线型：是连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式缠绕线型：是连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式完整循环：螺旋缠绕时，纤维自芯模上某点开始，导丝完整循环：螺旋缠绕时，纤维自芯模上某点开始，导丝头经过若干次往复运动后，又缠回到原来的头经过若干次往复运动后，又缠回到原来的起始点上，这一段缠绕称为一个完整循环。起始点上，这一段缠绕称为一个完整循环。第65页/共77页缠绕线型需满足的要求：缠绕线型需满足的要求：p纤维既不重叠又不离缝，均匀连续纤维既不重叠又不离缝，均匀连续布满芯模表面布满芯模表面p纤维在芯模表面位置固定，不打滑纤维在芯模表面位置固定，

32、不打滑缠绕线型分类：环向缠绕，纵向平面缠绕，螺缠绕线型分类：环向缠绕，纵向平面缠绕，螺旋缠绕旋缠绕第66页/共77页环向缠绕：环向缠绕：芯模绕自身轴线作匀速转动，导丝头沿芯模筒体段轴芯模绕自身轴线作匀速转动，导丝头沿芯模筒体段轴线方向匀速移动，芯模转一周，导丝头移动一个纱片线方向匀速移动，芯模转一周，导丝头移动一个纱片宽度（轴向纱片宽），如此循环。宽度（轴向纱片宽），如此循环。第67页/共77页纵向平面缠绕：纵向平面缠绕：导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯模绕自身轴慢速旋转。导丝头转一周，芯模绕自身轴慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微小角度，反映在芯模

33、表面为模转动一个微小角度，反映在芯模表面为近似一个纱片的宽度。纱片依次连续缠绕近似一个纱片的宽度。纱片依次连续缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互间到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互间紧挨着而不交叉，纤维缠绕轨迹近似为一紧挨着而不交叉，纤维缠绕轨迹近似为一个平面单圆封闭曲线。个平面单圆封闭曲线。第68页/共77页螺旋缠绕（测地线缠绕）：螺旋缠绕（测地线缠绕）：芯模绕自身轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方芯模绕自身轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向往复运动，螺旋缠绕是一种连续的纤维缠绕过程，缠绕向往复运动，螺旋缠绕是一种连续的纤维缠绕过程，缠绕轨迹是由筒身段的螺旋线和封头上的空间

34、曲线所组成，纤轨迹是由筒身段的螺旋线和封头上的空间曲线所组成，纤维缠绕不仅在筒身段，而且也在封头上进行。特点是每束维缠绕不仅在筒身段，而且也在封头上进行。特点是每束纤维都对应极孔圆周上的一个切点，相同方向临近纱片之纤维都对应极孔圆周上的一个切点，相同方向临近纱片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交，当纤维均匀缠间相接而不相交，不同方向的纤维则相交，当纤维均匀缠满芯模表面时，就构成了双层纤维层。满芯模表面时，就构成了双层纤维层。第69页/共77页固化制度：取决于树脂系统性质和制品的物化固化制度：取决于树脂系统性质和制品的物化 性能性能张力制度：采用逐层速减的张力制度，主要问题张力制度：采用逐层

35、速减的张力制度，主要问题 包括纤维初应力的确定和张力速减制度包括纤维初应力的确定和张力速减制度3.缠绕工艺过程缠绕工艺过程第70页/共77页三种树脂基复合材料制备方法的比较三种树脂基复合材料制备方法的比较方法方法优点优点缺点缺点应用应用手糊手糊成型成型适宜尺寸大、批量小、形适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产，设备状复杂产品的生产，设备简单、工艺简便，可在产简单、工艺简便，可在产品任意部位增补增强材料品任意部位增补增强材料效率低、劳动强度效率低、劳动强度大，产品质量不易大，产品质量不易控制，制品力学性控制，制品力学性能低能低模压模压成型成型生产率高，制品尺寸准确生产率高，制品尺寸准确重复性好

36、，表面光洁，一重复性好，表面光洁，一般无须二次加工，易实现般无须二次加工，易实现自动化自动化模具设计与制造复模具设计与制造复杂，压机及模具投杂，压机及模具投资高，制品尺寸受资高，制品尺寸受设备限制设备限制结构件、连结构件、连接件、防护接件、防护件、电气绝件、电气绝缘等缘等连续连续缠绕缠绕纤维排列规整度和精度高，纤维排列规整度和精度高，可以实现等强度设计，质可以实现等强度设计，质量稳定效率高，制品结构量稳定效率高，制品结构合理，比强度和比模量高合理，比强度和比模量高设备投资费用大设备投资费用大中空容器，中空容器，压力容器，压力容器，大型贮罐，大型贮罐，管材等管材等第71页/共77页1、喷射成形工

37、艺（spraymoulding）半机械化手糊法，与手糊成形工艺基本相同，但糊制喷枪机械作业生产率高，节省原材料，制品整体性高，形状尺寸不限。树脂含量高，制品强度低，工作环境差不饱和聚酯树脂，用于船体、车身、容器等大型部件。其它成型方法其它成型方法第72页/共77页第73页/共77页2、袋压成形工艺（bagmoulding）加压袋法手糊或注射成形未固化玻璃钢橡胶袋加压加热固化真空袋法手糊或注射成形未固化玻璃钢橡胶袋抽真空固化制品光滑，适应各种树脂；质量高；但成本高；适于快速原型零件和产量不大的制品，不能生产复杂、大件制品。第74页/共77页3、层压成形工艺（laminationprocess）层叠胶布模板之间加热、加压固化冷却、脱模、修整层压板制品表面光，质量好且稳定，设备简单，生产率高只能生产板材，且尺寸受限，制品精度低，劳动轻度大。第75页/共77页4、拉挤成形工艺（pultrusionprocess）送纱浸胶预成形固化成形牵引恒定截面型材设备价低，生产率高，原料利用率高制品方向性强，剪切强度低适用于不同界面形状的长条状、板状等型材。第76页/共77页感谢您的观看。第77页/共77页