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1、复合材料复习资料 1 ISO定义复合材料:是将两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多 和固体材料。 2按照基体材料不同分类:金属基复合材料,无机非金属基复合材料,聚合物基复合材料。按 照材料作用分类:结构复合材料和功能复合材料。 3复合材料的基本性能:(1)可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能。 (2)nJ*按对材料性能的需耍进行材料的设计和制造。(3) nJ制成所需任意形状的产品, 可 避免多次加工工序。 4复合材料的基本性能取决于:(1)增强材料的性能,含量及分布情况(2)基体材料的性 能及含蜃(3)界面的结合情况力学性能主要取决于1, 2, 3 导热,电
2、,燃烧,耐自然老化, 耐腐蚀性能主要取决于2, 3 5热固性树脂:树脂加热后产生化学变化,逐渐硬化成型,再受热也不软化,也不能溶解。热 固性树脂其分了结构为体型,它包括大部分的缩合树脂,热固性树脂的优点是耐热性高, 受压 不易变形。其缺点是机械性能较差。热固性树脂有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯以及硅瞇树 脂等。经常是一次成型加工。 热塑性树脂:可反复加热软化、冷却固化的一大类合成树脂(也包括常见的天然树脂)。它可 反复成型加工。在反复受热过程中,分子结构基本上不发生变化,当温度过高、时间过长时, 则会发生降解或分解。这些都是与热固性树脂相区别的特征。常用的热塑性树脂有:聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙
3、烯(PVC)、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯 讎。 6热塑性复合材料(FRTP)和热固性复合材料(FRP)注射成型工艺特点比较: (1)FRTP可以反复加热塑化,物料的熔融和硕化完全是物理变化;FRP加热固化后不能 再塑化,加热过程为不可逆反应。(2) FRTP受热时,物料由玻璃态变为熔融的粘流态,料 筒温度要分段控制,其塑化温度应高于粘流温度,但低于分解温度;FRP在料筒加热时,树脂 分了链发生运动,物料熔融,但接着发生化学反应,放热,加速化学反应过程。因此FRP 注射 成型的温度控制要比FRTP严格得多。(3) FRTP注射成型时,料筒的温度必须高于模具的 温度,物
4、料在模腔内冷却时会引起体积收缩,故需要相应的料犁传压补料,FRP注射成 型时, 料筒温度低于模具温度,物料在模腔内发生固化收缩的同时,也发生热膨胀,因此充模后不需 要补料。料垫主要起传压作用,应减少料垫,防止早期固化。 7纶产批量大,数量多及外形复朵的小产甜(如机械零件,电工器材)多采用模压成型,对 造 型简单的大尺寸制品(浴盆,汽车部件)适宜采用SMC大台面压机成型,亦可采用手糊工艺 生产小批量产品,对于压力管道及容器,则宜采用缠绕工艺,对于批量小大尺寸制品,如船体 外壳,常采用手糊喷射工艺,对于板材和线性制品,可采用连续成型工艺。 8SMC是用不饱和聚酯树脂,增稠剂,引发剂,交联剂,低收缩
5、添加剂,填料,内脱模剂, 着 色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡,并在两而用聚乙烯或聚膜包覆起来 形成的片状模压成型材料。SMC的三大员:不饱和聚酯树脂,玻璃纤维,填料。 9手糊成型的优点:不受产品的形状和尺寸的限制设备简单,投资少,拆就费低T艺简便 易于 满足设计要求,可以在产品的任意部位增补增强材料制品树脂含量高,耐腐蚀性好缺点:生产 效率低,劳动强度大,条件差产品质量不易控制,性能稳定性不高产品力学性能较低 10铺层控制:对于外形要求较高的受力制品,同一铺层纤维尽可能连续,切忌随意切断或拼 接。设计原则:制品强度损失小,不影响外观质量和尺寸精度,施工方便。拼接形式有对接和
6、 搭接两种。 II线型:连续纤维缠绕在芯模表面均匀排布型式。标准线缠绕:由于导丝头引入的纤维自芯 模某点开始,导丝头经若干次往返运动后乂回到原来的地点上的螺旋缠绕。S=M/N,S表 示导 丝头往返一次芯模的转数,M表示一个完整循环芯模的转数,N表示一个完整循环导丝头转 数,n表示一个完整循环的切点数,N=n交叉点数(M-l) n交带数M?1筒身分为2n等分 12纤维在芯模上均匀布满的条件:(1) 一个完整循环的诸切点等分芯模转过的角度。(2) 前一个 完整循环与相继的后一个完整循环所对应的纱片在筒身错开的距离等于一个纱片宽度。缠绕线 型分为:环向缠绕,纵向缠绕,螺旋缠绕。 13 T?法缠绕:预
7、浸纱由专门浸渍设备制造,能严格控制纱带含胶量和尺寸,因此干法缠绕制 品质量稳定,并町大大提高缠绕速度,设备清洁,条件好,由于需要配登胶纱浸渍设备, 故投 资较人。 湿法缠绕:无盂另外呢置浸渍设备,对材料要求不严,便于选材,故比较经济,纱片浸胶后马 上缠绕,纱片质量不易控制和检验。胶液中存在大量的溶剂,故此吋易产生气泡。缠绕过程中 张力液不易控制。并对浸胶馄,张力馄等需要经常维护清洗,一旦发生纤维缠结将影响缠绕过 程进行。 14模压件在模具内施压方向的选定应考虑哪些因索:1,有利于压力传递,应避免在加压过程中 压力传递距离太长,造成压力损失太大。2,便于加料3,便于安装和固定嵌件4,保 证压模的
8、强度 5,长型芯位于施压方向6,保证重要尺寸精度。 15模压成型模具设计应考虑哪些因素:1,复合材料的物理机械性能,如强度,刚度,韧性, 弹 性,导热性和吸水性等2,模压料的成型工艺性。如流动性,压缩性等3,制品在成型后的收缩率 及各项收缩率差异。4,制品及模具形状应有利于物料充分流动,排气5,模具的 结构及加热装置 冇利于对压模料进行快速,高效,均匀,稳定的加热6,在满足使用要求的前提下应尽量简化模 具结构及制造工艺。 16 (1)连续成型工艺:从添加原料到制成玻璃钢制晶的整个过程中都是连续不断的进行。(2)离 心法制管:将树脂,玻璃纤维和填料按照一定比例加入到旋转的模具内,依靠高速旋转产生
9、的 离心力使物料在模具内挤压密实,固化成型的方法。 (3)拉挤成型工艺:玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵引下,经过浸胶,挤压成型,加热固 化,定长切割,连续生产玻璃钢线型制品的方法。 (4)模压成型:将一定量的模压料放入金属对模中,在一定温度和压力作用下,固化成型制品 的一种方法。按照增强材料的物态分类:纤维料模压,织物模压,层压模压,SMC模压。 模压成型成型压力的作用:克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦,是物料充满模 腔,克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的结构形状尺寸。 (5)挤出成型:先将树脂和增强纤维制成粒料,然后在将粒料加入到挤出机内,经塑化, 冷却成型而成的制品。 (6
10、)注射成型:将粒状或粉状的纤维树脂混合物料从注射机的料斗送入到机筒内,加热融化后 山柱塞或螺杆加压,通过喷嘴注入温度降低的闭合模内,经冷却定型后,脱模得到的制站。 (7)缠绕成型:将浸过树脂胶液的连续纤维或布带按照一定规律绕到芯模是,然后固化脱模 成为增强蠟料的制品。 (8)RTM树脂传递模塑:将液态热固性树脂( 通常为不饱和聚酯树脂 ) 及固化剂,山计量设备 分别从储筒内抽出,经静态混合器混合均匀,注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内,经 固化脱模后加工而成的制品。 17玻璃纤维高强的原因:(1) 微裂纹假说认为 : 玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力, 其 理论强度很高,可达2000
11、-12000Mpac (2)玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均匀性, 使微裂纹产牛的机会很小。(3)玻璃纤维的断血较小,随着断血的减小,使微裂纹存在的儿率也 减少,从而使纤维的强度增高。 18玻璃纤维的表面处理法:(1)前处理法:将既能满足抽丝和纺织的工序要求,乂能促使纤 维和树脂浸润与粘结的处理剂代替纺织型浸润剂,在玻璃纤维抽丝的过程屮涂覆到玻璃纤维 上。(2)后处理法:笫一步,先除去抽丝过程中涂覆在玻璃纤维表血的纺织型浸润剂,主耍 有洗涤法和热处理法笫二步纤维经处理剂浸渍水洗,烘干,使玻璃纤维表面上覆上一层处理 剂。(3)迁移法:将化学处理剂加入到树脂胶粘剂屮,在纤维浸胶过程屮处理剂与
12、经过热处 理后的纤维接触,当树脂固化时产牛偶联作用。 17纤维纱的粗细指标:(1)支数:1克原纱的长度m (2)特:指1000m长原纱的质量g 捻 度:单位长度内纤维与纤维之间所加的转速,以捻/ 米为单位。有Z和s,s为右,逆时针18浸 润剂的作用:(1)使原丝屮的纤维不散烂而能相互粘附在一起(2)防止纤维间的磨损 (3)原丝相互间不粘结在一起(4)便于纺织加工。常见浸润剂有纺织型石醋乳剂一有捻 纱;增强型 ?聚醋酸乙烯酯一无捻纱。 19基体的作用:把纤维粘在一起;分配纤维间的载荷;保护纤维不受环境影响。 20固化:线性树脂在固化剂存在或加热条件下发生化学反应转变成不溶,具冇体型结构的固 态树
13、脂的全过程。(不饱和)聚酯树脂的固化分为三个阶段:凝胶阶段,定型阶段(硬化), 熟化阶段(完全固化)。固化度:热固性树脂固化反应的程度。通过控制树脂胶液中固化剂的 含屋和固化温度来控制。固化分为硬化和熟化两个阶段。 21复合材料的界面:基体与增强物之间化学成分有显著变化的构成彼此结合的能其载荷传递 作用的微小区域。界面的机能:传递效应,阻断效应,不连续效应,散热和吸收效应, 诱导效 应。金属基纤维复合材料的界而类型:纤维与基体互不反应亦不溶解,纤维与基体不反丿应但 和互溶解,纤维与基体互相反应形成界面反应层。界面结合的形式:物理结合,溶解和浸润结 合,反应结合。 22聚合物基体的种类:不饱和聚酯树脂,环氧树脂,酚酶树脂及各种热塑性聚合物, 金属集体:用于450C以下的轻金属基体有铝基和镁基;用于450700C的有钛合金; 用于1000 C以上的有银基,铁基耐热合金和金属间化合物。 23夹层结构:由高强度蒙皮和轻质夹芯材料所构成的。玻璃钢夹层结构是指蒙皮为玻璃钢, 芯 材为玻璃布蜂窝或泡沫塑料所组成的结构材料。根据芯材不同分为:泡沫夹层 结构,蜂窝夹层结构,波板夹层结构。蜂窝夹层结构的原材料:玻璃布, 绝缘 纸,金属箔,粘结剂。
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