復合材料及其成型技術

1、1.什么是復合材料？簡述復合材料的特點與應用。復合材料是由兩種或兩種以上的不同材料組合而成的機械工程材料。各種組成材料在性能上能互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應，使復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。復合材料的組成包括基體和增強材料兩個部分。復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、減摩耐磨、

2、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合，使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳、

3、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、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。復合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復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、遷移成型、反應注射成型、軟膜

4、膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復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溫度下，通過施加壓力實現(xiàn)成型，包括擴散焊接、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、陶瓷基復合材料的成型方法主要有固相燒結、化學氣相浸滲成型、化學氣相沉積成型等。復合材料的主要應用領域有：①航空航天領域。由于復合材料熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高，可

5、用于量小、形狀復雜的產(chǎn)品的生產(chǎn)。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。且工藝簡單、生產(chǎn)技術易掌握，只需經(jīng)過短期培訓即可進行生產(chǎn)。易于滿足產(chǎn)品設計需要，可在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長、不宜大批量生產(chǎn)。且產(chǎn)品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產(chǎn)品力學性能較低。生產(chǎn)環(huán)境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。(2)夾層結構成型工藝。夾層結構的共有特點：質輕

6、、剛度大。多用于尺寸較大，剛度要求高，強度要求不高的場合。(3)RTM成型技術。特點：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增強材料可以任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強材料；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：①制造費用低，所以投資少、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

7、是模壓成型工藝目前還在大量運用的原因之一。②在模壓成型過程中，由于塑料的流動距離很短，受填料的定向影響小，所以塑件的尺寸變動小，不易變形，尺寸穩(wěn)定性好，機械性能穩(wěn)定。③相同噸位的壓機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：①生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低。②較難實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，因而勞動強度大。③因為飛邊厚，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精度要求較的制品。（5）層壓工藝。特點：生產(chǎn)的機械化、自動化