复合材料工艺及设备-2.ppt

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1、复合材料工艺及设备主讲人：王晓钧材料科学与工程学院目录1、绪论6、夹层结构2、玻璃纤维表面处理7、模压成型3、热固性树脂工艺性能8、缠绕成型4、手糊成型9、挤出注射成型5、喷射成型10、连续成型课间休息周杰伦—回到过去周杰伦—以父之名绪论金属基复合材料树脂基复合材料无机非金属基复合材料分类金属基复合材料硼/铝复合材料碳化硅纤维/铝复合材料金属基复合材料树脂基复合材料玻璃/酚醛高硅氧/酚醛涤纶/酚醛碳/酚醛碳/环氧蜂窝夹层结构复合材料经编复合材料多维整体编织织物复合材料耐高温树脂基复合材料特种不燃防（隔

2、）热材料无机非金属基复合材料碳基复合材料：整体毡碳/碳低密度碳/碳多维整体编织碳/碳陶瓷基复合材料：石英织物增强复合材料高硅氧织物增强复合材料复合材料的发展概况1932年诞生于美国42~45年手糊军用雷达罩，远航飞机油箱材料玻纤增强聚酯树脂。44年飞机机身、机翼与上述改进：玻钢夹层结构46年纤维缠绕成型50年压制成型，直升机螺旋桨49年玻纤预混，对模压制成型60年代机械式，计算机缠绕玻纤、聚酯树脂喷射成型61年德国，片状模塑料（SMC）问世63年FRP板材工业化生产，美、法、日60年代中美、日SMC汽

3、车部件，浴盆，船上构件60年代棒材、细管、定型截面制品70年代拉挤，环向缠绕树脂反应注射成型（RIM）增强树脂反应注射成型（RRIM）卫生器具，汽车零件72年美国PPG公司，热塑性片状模塑料(SMTC)80年法国，湿法热塑性片状模塑料(GMT)60~80年代离心浇铸成型，瑞士美国，大口负压管道发展领域军→民美国民→军西欧主要国家1990年CM产量种类国家热固性复合材料（万t）热塑性复合材料（万t）美国11733.3西欧118.530日本45.418.9中国10.30.3应用范围建筑轻型房屋（日本）装饰

4、（雕塑、装饰件）卫生洁具（淋浴室）冷却塔（中国可见）贮水箱（中国上海可见）波形瓦（样品）塑钢门窗落水系统（落水管、雨蓬）地面，墙布，桌椅，卫生桶化学工业防腐管、泵、罐、槽、衬里、隔层架交通汽车构件、铁路客车、通讯器材、高速公路格栅造船各种小艇、无磁性小艇、破障艇电器元器件、灯具（杯）、绝缘工具军事航空弹体件、雷达罩、飞机附件体育撑杆、弓箭、球拍、雪橇、赛车、滑板、赛艇、皮艇、划桨、渔杆、按摩舱农业温室（FILON板，透光率99%）食品级设备机械机械零配件中国复合材料的状况：传统的福建漆器，漆雕现代的“

5、玻璃钢”复合材料性能：性能的可设计性力学性能、热学性能、耐腐性能。主要成型工艺手糊、袋压、喷射、树脂注射、模压、缠绕、连续、离心手工异形，小批量产品，投资低、效率低、重复性差机械自动化外形不复杂，批量大产品，连续性、投资高、效率高、重复性好、性能好玻璃纤维表面处理§1-1、概述意义：纤维——基体界面的结构和性能对复合材料的力学性能和物理性能起主要作用。如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等。§1-2、表面复合材料的结构1、结构：数种弹性性能不同的材料薄片交替铺叠而成。如图所示：AA’B’B2、决定因素：纤维

6、的原子排列，化学性能高分子基体的分子结构和化学组成例：纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，表现在层间剪切上。§1-3、处理剂作用理论1、耦联目的：增加玻纤与树脂间的粘结力2、耦联作用：耦联剂具有两种或两种以上性质不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂。从而起到玻纤与树脂间的桥梁作用。※耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子团和树脂

7、的聚合物分子之间建立很强的化学键合，产生很强的耐水键。※耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很好的浸润。3、耦联机理：不吸湿，带羟基SiO2,Al2O3,Fe2O3带羟基，—M—OH,M=Si,Fe,Al。玻纤表面水合完以后,分布基团留下来由不水合氧化物网络构成的疏松表面。吸水基，形成水合氧化层§1-4、处理剂种类和作用机理1、种类有机硅烷型，非有机硅烷型2、通式R——SiX3↑↑与聚合物作用端与Si键合的可水解基团3、作用过程：(1)水解R—SiX3＋H2O→R—Si（OH）3＋3HX(2)与纤维

8、表面羟基结合玻璃纤维(3)脱水聚硅氧烷层玻璃纤维(4)与树脂结合R基团与树脂基团相似相容玻璃纤维刚性键(5)克服刚性键第一、形成改性区——改性树脂区：机械性能介于纤维和树脂的机械性能之间。产生方法：a、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固化行为。b、用含有长链R基团的硅烷耦联剂，使得固化以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状树脂的树脂层。第二、Plueddemann机制核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键破坏。1974年Plueddemann