復合材料精選(九篇)

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第1篇：復合材料范文

復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，它可以發揮各種材料的優點，克服單一材料的缺陷，擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，在近幾年更是得到了飛速發展。

隨著科技的發展，樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步，生產廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受，但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世，使高分子復合材料家族更加完備，已經成為眾多產業的必備材料。目前全世界復合材料的年產量已達550多萬噸，年產值達1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產品計入，其產值將更為驚人。從全球范圍看，世界復合材料的生產主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產需均持續增長，而亞洲的日本則因經濟不景氣，發展較為緩慢，但中國尤其是中國內地的市場發展迅速。據世界主要復合材料生產商PPG公司統計，2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%，年產量約200萬噸。與此同時，美國復合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，達到4%~6%。2000年，美國復合材料的年產量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發展情況與政治經濟的整體變化密切相關，各國的占有率變化很大。總體而言，亞洲的復合材料仍將繼續增長，2000年的總產量約為145萬噸，預計2005年總產量將達180萬噸。

從應用上看，復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛浴設備等，此類產品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業是復合材料最大的用戶，今后發展潛力仍十分巨大，目前還有許多新技術正在開發中。例如，為降低發動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求，發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時，隨著近年來人們對環保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產品；而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。

另外，納米技術逐漸引起人們的關注，納米復合材料的研究開發也成為新的熱點。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態及結晶形態發生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時，大大提高了材料的綜合性能。

樹脂基復合材料的增強材料

樹脂基復合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。

1、玻璃纖維

目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面，近年來民用產品也有廣泛應用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強酚醛樹脂可制成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件，大量應用于火箭、導彈的防熱材料。迄今為止，我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產權，形成了小規模的產業，現階段年產可達500噸。

2、碳纖維

碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能，首先在航空航天領域得到廣泛應用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。

3、芳綸纖維

20世紀80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯也先后開展了芳綸纖維的研制開發工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應用于航空航天領域的高性能復合材料零部件（如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。

4、超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域，在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。

5、熱固性樹脂基復合材料

熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂，據不完全統計，目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家，總生產能力為50多萬噸，設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點，因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產乙烯基酯樹脂。

1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品，70年代后開始轉向民用。從1987年起，各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環氧樹脂（日、德）生產技術；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等，形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復合材料生產企業達3000多家，已有51家通過ISO9000質量體系認證，產品品種3000多種，總產量達73萬噸/年，居世界第二位。產品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建筑方面，有內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件，火車上有車廂板、門窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模；在航空航天及軍事領域，輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。

熱塑性樹脂基復合材料

熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢，該品種的復合材料發展較快，歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經占到樹脂基復合材料總量的30%以上。

高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品（如吉普車座椅支架）、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。

滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用，如用作通風系統零部件，儀表盤和自動剎車控制杠等，例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。

云母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點，利用云母/聚丙烯復合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。

我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發展，2000年產量達到12萬噸，約占樹脂基復合材料總產量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復合材料方面未能有重大突破，與發達國家尚有差距。

我國復合材料的發展潛力和熱點

我國復合材料發展潛力很大，但須處理好以下熱點問題。

1、復合材料創新

復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區具有極大的增長潛力。

2、聚丙烯腈基纖維發展

我國碳纖維工業發展緩慢，從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看，發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。

3、玻璃纖維結構調整

我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優勢，但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距，必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發展。

4、開發能源、交通用復合材料市場

一是清潔、可再生能源用復合材料，包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業，復合材料可建成新產業與之相配套；四是船艇用復合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，由于我國魚類資源的減少、漁船雖發展緩慢，但復合材料特有的優點仍有發展的空間。

5、纖維復合材料基礎設施應用

國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。

6、復合材料綜合處理與再生

第2篇：復合材料范文

除固體火箭發動機殼體、壓力容器等回轉體結構以纏繞工藝制造為主外，對行器重要復合材料結構主要還是以熱壓罐工藝生產，并圍繞該工藝出現了各種整體化成型技術和自動化制造技術［1］。

1．1數字化制造技術

數字化制造是當今世界制造業發展的趨勢，近年來，數字化以其柔性好、響應快、質量高、成本低，正逐漸成為先進制造技術的核心［2］。在傳統的復合材料研制模式中，設計、分析及制造之間的數據是通過模擬量傳遞，構件質量在很大程度上依賴于工人的經驗和熟練程度。而通過在復合材料構件研制過程中引入數字化技術，可以保證設計、分析、制造數據源的唯一，做到復合材料CAD／CAE／CAM一體化，便于數字量傳遞，減少研制時間，加快研制進度。復合材料構件數字化制造過程涉及到的技術主要包括：可制造性分析、復合材料構件鋪層展開、模具和夾具的快速設計、模架的選型及快速設計、工裝零組件的快速裝配技術、鋪層排樣技術、數控下料技術、激光定位技術、成型工藝的仿真及優化技術、工程數據管理系統、數據傳遞接口技術等［3］。以美國為首的西方發達國家首先采用了數字化技術。這項技術以全面采用數字化產品定義、數字化預裝配、產品數據管理、并行工程和虛擬制造技術為主要標志，從根本上改變了復合材料傳統的設計與制造方式，大幅度提高了制造技術水平［4］。目前，世界先進的飛機制造商已經利用數字化技術實現了飛機的“無紙化”設計和生產，美國波音公司在Boeing777和洛克希德•馬丁公司在F35研制過程中，采用數字制造技術與傳統方式相比，研制周期縮短了2／3，研制成本降低了50％，開辟了航空數字化制造的先河［5］。中國中航工業集團針對某機型復合材料制件的生產［6］，建立了中國首個航空復合材料制件的數字化技術生產系統，依托數字化技術和數據庫系統的支撐，通過數據庫與生產線的數據交換接口系統，實現數據庫與數字化生產線對接，將產品結構設計、車間MES系統、工裝設計生產、固化成型、無損檢測、裝配等實現數字化，并將各環節的軟件接口進行對接，打通了復合材料制件數字化制造過程，起到提高產品質量、縮短研制周期，進一步減輕結構質量的目的。在中國民用飛機研制中也將復合材料構件設計制造技術與數字化技術相結合，以實現復合材料構件設計與制造各環節數字化、數據流暢通和復合材料構件在并行工作模式下的設計、工藝、制造、檢測全過程的集成，促進飛機復合材料構件的大面積使用和降低制造成本。

1．2自動化制造技術

采用預浸料／熱壓罐工藝制備復合材料結構，首先需要按設計要求將一定尺寸、形狀、數量的預浸料在模具上鋪疊成層合結構的坯料，然后再將其放入熱壓罐中固化。預浸料坯料，即預浸料預成型體的制備是整個制造過程中周期最長、勞動強度最大的工藝環節，也是決定復合材料制造質量的關鍵。傳統的預浸料／熱壓罐工藝采用下料、人工鋪貼、預壓實的方式進行預浸料預成型體的制備，存在時間長、成本高、工藝質量不易控制、大型制件難以制造等問題。因此如何實現預浸料預成型體的機械化、自動化制造成為了復合材料結構低成本高品質制造技術的核心［7］，近些年涌現出自動鋪放技術、熱隔膜技術、機械變形成型技術等，在極大提高生產效率的同時，保證了成型質量的穩定性。1．2．1自動鋪放技術自動鋪放技術包括自動鋪絲（AFP）和自動鋪帶（ATL），共同特點是使用預浸料實現預成型體的數字化、自動化制造。ATL技術主要用于機翼壁板等小曲率、平面類結構成型，AFP技術主要用于機身等大曲率復雜結構成型。自動鋪帶技術集預浸料裁剪、定位、鋪貼、壓實等于一體，其自動化成型CAD／CAM技術涉及原材料選擇、材料設計、產品結構與鋪層設計、線型設計、工藝制度設計、運動參數計算、成型加工與檢測、模具技術等多方面［8］。根據復合材料預浸帶的特性，自動鋪帶CAD／CAM軟件開發中都要遵循“自然路徑”的概念［9］，否則會出現纖維的褶皺、預浸帶難以貼合模具表面以及預浸帶之間留下縫隙等缺陷；而自動鋪絲技術中，各預浸紗獨立輸送，不受自動鋪帶中“自然路徑”軌跡限制，鋪放軌跡自由度更大，甚至可實現連續變角度鋪放，但不同的鋪放軌跡可能會影響生產效率以及制件的成型質量。由此可見，對于自動鋪放工藝，鋪放軌跡的設計是控制工藝質量的核心，而通過計算機模擬鋪放過程，定義并優化鋪放軌跡是主要途徑。美國Cincinnati公司［10］以CATIA為基礎開發的ACRAPATH可實現離線的模型導入、軌跡生產、后處理、仿真和代碼生成等功能；VISTAGY［11］公司的FiberSIM軟件不僅能夠實現調用工程軟件中的鋪放模型，而且還能夠自動生成鋪帶代碼文件，兼容常見的CATIA、NX和ProE等工程軟件；西班牙M－Torres公司以CATIA為基礎開發了方便編程的CAD／CAM軟件模塊；法國Forest－line公司采用法國純粹和應用數學中心（CIMPA）SA注冊的TapeLay軟件設計并集成到CATIAV5的CAM模塊，能夠實現鋪帶軌跡規劃線型的比較與仿真［12］。國內相關方面研究起步相對較晚，主要是樣機研制、產品試制以及技術儲備階段。在自動鋪帶方面，肖軍等［13］根據微分幾何理論證明了在可展曲面上“自然路徑”與測地線的等價，并基于AutoCAD環境，應用弧長展開變換方法構造了柱面鋪帶軌跡算法，開發了具有機器代碼生成的仿真軟件，能夠實現給定形狀、給定鋪層構件的鋪帶軌跡生成、后置處理與加工指令生成。在自動鋪絲方面，肖軍等［14］開發了基于OpenGL的自動鋪絲運動模擬設計與仿真軟件和基于CATIA的自動鋪絲CAD／CAM軟件原型，選取初始參考線，構建適當的曲面等距平移進行軌跡規劃和選取合適的參考軸線，并構造曲面與該軸線固定角度的迭代格式。同時，韓振宇等［15］研究并開發了能夠實現仿真纖維鋪放路徑規劃的軟件系統，利用平行投影定理實現鋪放軌跡在網格單元共享頂點處良好銜接，提出并驗證了等距偏置算法。1．2．2基于自動鋪帶的曲率結構成型技術航空復合材料中加筋壁板結構十分常見，其筋條由于曲率加大，難以直接采用自動鋪帶工藝制備，而采用自動鋪絲工藝效率偏低。為此常采用自動鋪帶工藝先制備平板預浸料坯料，然后采用熱隔膜工藝或機械變形工藝將其成型為帶曲率預制件，可以得到L型、C型、I型等筋條。1）熱隔膜成型工藝對于復合材料，熱隔膜工藝［16］最初是用于熱塑性復合材料的制造，而后發展為帶曲率熱固性復合材料預制件的重要成型方法。該技術先將自動鋪帶機或人工鋪覆成的平板結構放置于熱隔膜成型機上，平板結構表面覆蓋一種延展性和強度較高的隔膜，在隔膜內部抽真空，利用負壓和紅外輻射加熱，將平板結構整體貼合模具成型，從而壓實成具有曲面結構的預制件，如圖1所示。工藝過程中復合材料受熱溫度較低，未發生明顯固化，因此需再用熱壓罐等工藝進行固化。該方法非常適合于大型曲面復雜件，如梁和長桁的制造，預成型型面精度容易控制，并且自動化程度高，勞動力成本低。熱隔膜成型過程中預浸料鋪層之間、預浸料與模具表面以及預浸料與熱隔膜之間均發生著復雜的摩擦行為，還涉及到紅外加熱、模具預加熱帶來的溫度場變化，需要控制合理的預浸料滑移量和滑移速度，才能避免預制件中發生纖維褶皺等缺陷。作者團隊［16－18］針對熱固性單向帶，研究了熱隔膜成型過程中C型預成型體和模具溫度的變化規律以及成型溫度、預成型體尺寸、成型速率對試件表面質量和內部缺陷的影響，并建立了預浸料滑移摩擦力測試方法，發現通過調控工藝溫度和抽真空速率，可以改變預浸料滑移摩擦力的大小和滑移量，最終影響復合材料的工藝質量。借助計算機模擬技術，可以分析熱隔膜工藝中溫度場和預浸料的滑移狀態。如Pantelakis和Baxevani［19］研究了熱隔膜工藝的產品質量及成本的最優條件；Labeas等［20］通過有限元方法研究了紅外輻射加熱對熱隔膜成型過程溫度分布的影響；Smiley和Pipes［21］通過數值模擬分析了熱塑性復合材料在隔膜成型過程中的變形行為；Krebs［22］和Mallon［23］等對碳纖維／PEEK復合材料雙隔膜成型過程進行了研究，考慮了包括模具形狀、層板厚度、鋪層方式、隔膜種類等在內的影響成型質量的因素，并進一步分析了預浸料鋪層的滑移變形過程。下一步研究趨勢應為實現熱隔膜成型全過程的有限元模擬，包括溫度變化情況以及變形過程應力分布的預報。2）機械變形成型工藝機械方式的變形成型工藝，其實質是熱隔膜成型工藝的發展。熱隔膜在成型時只有一個真空負壓的作用，難以成型厚度較大的層板，而采用機械壓力則可以完成厚層板的變形，得到帶曲率預成型體。該技術依然是利用自動鋪帶技術將預浸料鋪疊成平板，然后利用機械的方式將平板貼向具有一定曲面構型的模具，預浸料平板一端被設備對壓運動機構固定，另一端放置在成型機構端的上下加熱片間，加熱后，預浸料層在設備下壓運動的機械作用下成型成L型制件，并可通過對壓運動機構的相對運動成型成T型制件，最后利用熱壓罐等工藝固化得到制件成品。機械方式的變形成型工藝易于工廠自動化生產和流水線作業，對提高梁結構制件的生產效率具有重要意義。這類成型工藝最早曾用于制造westland30－300直升機的熱塑性基體復合材料水平安定面。目前，空客已將機械方式的變形成型工藝運用到A350XWB機翼長桁的自動化生產線上。

1．3整體化成型技術

易于實現大面積整體成型是復合材料制造的顯著特點之一，對行器結構而言，大面積整體成型復合材料在滿足結構總體性能要求的前提下，可以大幅減少零件與緊固件數目，從而減輕結構質量、降低成本，特別是裝配成本，這是美國CAI計劃解決的主要關鍵技術之一。1）基于熱壓罐成型的共固化技術對于熱壓罐工藝而言，整體成型的關鍵是共固化／共膠接（Cocured／Cobonded）技術。在國防和民用飛行器方面，復合材料大面積整體成型技術均發展迅速，獲得了顯著效益，如F－22和F－35機翼均由4塊整體成型機翼壁板構成，B－2外翼由兩塊大的外翼蒙皮構成；大型客機方面，A380中央翼、Boeing787機身和機翼、空客A350XWB機翼都采用了復合材料整體化結構［24］。目前對于大型復雜構件，如大尺寸變厚度結構、多筋厚蒙皮結構和整體框、梁等結構的整體成型技術，如何實現大型復合材料構件整體化成型與結構設計分析相結合，提高質量控制精度是目前的研究重點。此外，結合自動鋪放技術的整體化成型技術已成為航空復合材料結構的首選工藝。例如Boeing787的所有翼面及翼盒構件均采用自動鋪帶技術制造，機身段采用自動鋪絲技術制造。A380的尾錐、A350XWB的尾錐和C形梁使用自動鋪絲工藝制成，如圖2所示。V－22飛機的后機身，F－22和F－35復合材料的S形進氣道采用自動鋪絲技術制造［25］。2）預浸料／液體成型的共固化技術預浸料工藝的高性能和液體成型工藝的低成本，促使制造技術人員考慮將兩者結合，取長補短，在性能和成本上做出平衡，由此預浸料／液體成型共固化工藝應運而生。該工藝原理［26］是將預浸料鋪層和干纖維預成型體組合在一起，將樹脂注入干纖維預成體中，進一步使其與預浸料鋪層一同固化形成一個整體，預浸料鋪層主要用于蒙皮結構，干纖維預成型體主要用于筋條、凸臺、連接部分等復雜結構。該工藝可以通過改變預浸料鋪層、干纖維預成型體的結構和組合方式，制造復雜形狀構件，可以大幅度減少零件、緊固件的數量和裝配工序，并且簡化了模具設計和樹脂充模過程，從而降低了制造成本，減輕了制件質量。此外，預浸料鋪層和干纖維預成型體可以根據要求選擇不同種類的樹脂、纖維和織構形式，從而靈活地設計制件的性能。典型的預浸料／液體成型共固化工藝包含樹脂傳遞模塑／預浸料共固化工藝（Co－curingResinTransferMoldingProcess，Co－RTM）、真空灌注／預浸料共固化工藝（Co－curingVacuumAssistantResinInfusionProcess，Co－VARI）、樹脂膜熔滲／預浸料共固化工藝（Co－curingResinFilmInfu－sionProcess，Co－RFI），如圖3所示。共固化液體成型工藝用機承力結構，被證明是一種極具發展前途的復合材料低成本整體成型制造技術。例如，Co－RTM工藝首先由美國NorthropGrum－man公司［27］提出，用于生產大型整體復合材料制件，繼而在美國CAI計劃中得到進一步發展。F－35垂直安定面采用自動鋪帶的Co－RTM工藝制造，制造成本降低1．4萬美元，質量減少7％，零件數減少52％，模具數減少38％；F－35采用三維編織加強筋和絲束鋪放的Co－RTM工藝制造整體進氣道，緊固件減少95％，減重36．4kg，成本降低20萬美元。歐洲“CleanSky”計劃［28］中包含了Co－RFI工藝，采用該工藝制備的復合材料力學性能達到了所用的OoA（OutofAutoclaveProcess）預浸料強度的水平。作者團隊［29－35］對Co－RFI和Co－VARI工藝開展了研究，通過對加筋壁板制備工藝的研究，證明Co－VARI獲得的力學性能低于預浸料／熱壓罐工藝，而高于RFI工藝，預浸料部分與RFI部分的結合界面性能優異，同時工藝周期短，有望用于民機復合材料結構的制造。航天特種材料及工藝研究所采用Co－RTM工藝制備復雜彈體結構，簡化了模具結構和工序，提高了成品率、降低了工藝時間。

2新型低成本制造技術

2．1非熱壓罐技術

非熱壓罐技術常被稱為OoA，是相對于傳統的熱壓罐成型技術而言的，指不用熱壓罐而制造出具有與熱壓罐工藝相同性能和質量的復合材料制件［36］。廣義上來說，凡是不使用熱壓罐設備的復合材料制件的成型方法，都可以稱之為非熱壓罐成型技術。目前為止，在航空航天制件中獲得應用的非熱壓罐成型技術主要有以下幾種［37］：非熱壓罐預浸料技術、液體成型技術、先進拉擠成型技術、預浸料模壓成型技術等。在這些技術中，由于非熱壓罐預浸料技術更接近于傳統的熱壓罐成型工藝，有著廣泛的手工鋪貼和自動鋪貼的工藝基礎，因而被視為最有可能大規模實現的非熱壓罐成型技術。非熱壓罐預浸料技術是以預浸料層合結構為主，沿用手工鋪貼和自動鋪貼，最后采用真空袋工藝固化的方法。為了滿足制造質量和機械性能與熱壓罐工藝相當，主要需解決僅在真空壓作用下如何保證足夠高的纖維含量和滿足要求的較低孔隙率水平，而采用具有適當流動特性的樹脂體系，并制備出部分浸潤纖維的預浸料是實現這一目標的關鍵，它能保證即使制備厚制件時樹脂也能在低壓下充分流動，保證纖維密實從而獲得高的纖維含量；同時在真空作用下部分浸潤形成的預浸料坯料內部通道，能夠保證揮發充分和夾雜空氣充分排除，獲得低的孔隙率。目前，國外的預浸料制造商已研發出多種用于OoA工藝的預浸料體系，用于制造飛機的非承力、次承力、主承力結構。如英國ACG公司［38］推出的MTM44－1環氧預浸料體系已經通過了空客公司的認證，將應用機的主承力結構，MTM44－1已經在ALCAS（AdvancedLowCostAircraftStructure）計劃中應用于制造民機機翼中央翼盒下壁板、商務機機翼平臺、機翼C型梁試驗件、C－17運輸機后緣等飛機結構件演示驗證件。ACG公司的MTM45－1正在空客認證過程中，已經在美國“先進復合材料貨運飛機”（Ad－vancedCompositesCargoAircraft）計劃中得到了初步應用，MTM45－1被作為該計劃驗證機全復合材料機身結構材料。美國Hexcel公司［39］的HexPly?M56、Cytec公司的Cycom?5215預浸料也在民用航空領域有好的應用前景，如圖4所示。航天方面，NASA［40］采用OoA制造航天器大型復合材料構件，如復合材料乘員艙（Compos－iteCrewModule，CCM）、直徑達10m的太空發射系統的有效載荷整流罩等；ACG推出的LTM45系列材料應用于Delta火箭筒段等結構。國內的研究尚處于起步階段，中航工業集團公司［41］研制出“VB”系列真空袋固化樹脂體系與T700SC碳纖維配合，制成的預浸料在真空袋壓成型下能達到1％的孔隙率。圖4非熱壓罐預浸料M56制備的厚層板照片Fig．4MorphologyofthicklaminatemadeofM56outofautoclaveprepreg微波固化［42］屬于新興的非熱壓罐固化技術。與熱壓罐和烘箱的表面加熱技術不同，微波固化屬于體積加熱，通過電磁作用使制件整體均勻快速加熱，熱量傳遞滯后問題被大大減弱，固化效率提高的同時減少了能耗，微波固化設備如圖5所示。英國GKN［43］宇航公司在微波固化技術商業化方面開展了大量工作，該公司采用微波技術和商業化的環氧預浸料制備了飛機襟翼加筋壁板等復合材料結構，如圖6所示，發現與熱壓罐工藝相比，固化質量相當，而工藝時間縮短40％，能耗減少80％。需要注意的是，由于不同材料對微波的吸收和反射特性不同，應充分掌握復合材料、模具、工藝輔助材料吸收微波能量的特性，以合理設計工藝條件。

2．2液體成型

液體成型技術（LCM，LiquidCompositesMolding）［44］是一種世界公認的低成本制造技術，在航空航天領域發展十分迅速，主要包括樹脂傳遞模塑成型RTM（ResinTransferMolding）、樹脂膜熔滲成型RFI（ResinFilmInfusion）、真空輔助樹脂灌注成型VARI（VacuumAssistantResinInfusion）等。這些技術不采用預浸料，投資較小、生產效率高、能耗低，同時采用二維、三維編織及多向針織、縫編等技術制備纖維預成型體，克服了傳統復合材料層間強度低、易分層的弱點，提高了復合材料的抗損傷能力。目前液體成型技術在航空航天承力結構上獲得了越來越多的應用，如美國F－22［45］的360個零件采用RTM工藝制造，包括機翼正弦波梁、尾翼工字形梁、肋、機身框、襟副翼等；空客A380的機翼后緣和后壓力隔框，Boeing787機身的大部分隔框等均采用RFI工藝制造［46］；VARI工藝則已用于大型機翼蒙皮、前機身、機翼翼梁、垂尾、運輸機貨艙門、彈道導彈儀器艙段的制造［47］。此外，國內外也開始將Z向增強技術與液體成型工藝相結合，具有工藝成本低，整體化程度高且界面連接強度大等優勢［48］。由于對樹脂體系低黏度等工藝性要求，其LCM工藝的樹脂基體增韌受到限制，使得制備的復合材料韌性普遍低于預浸料／熱壓罐工藝，而纖維預成型體增韌技術成為了解決這一問題的重要途徑［49］。美國Cytec公司開發出一種稱為“Pri－form”的液體成型工藝，該工藝將熱塑性纖維與增強纖維編織，熱固性樹脂充模保溫過程中熱塑性纖維熔于熱固性樹脂中，在實現對復合材料增韌的同時不影響充模樹脂優良的流動性，獲得工藝質量易控、韌性優異的復合材料。益小蘇和杜善義［50］發明了ESTM（ExSituTrademark）織物，該織物表面以點陣方式附著了增韌劑，在不影響樹脂充模的前提下極大提高了復合材料韌性。為了進一步降低成本、擴大適用范圍，新型的液體成型技術也不斷涌現。例如澳大利亞Quickstep公司［51］推出了新型的液體成型工藝，如圖7所示，將模具漂浮于導熱流體中，基于流體導熱的優勢，實現快速加熱或快速冷卻，熱量傳遞速度比熱壓罐工藝快25倍，加熱速率可達到22℃／min。該技術已用于制造F－35戰斗機的垂直尾翼翼梁等復合材料結構。美國Hexcel公司開發了能夠鋪放干纖維的自動鋪放設備和單向帶HiTape?，實現了干纖維預成型體的自動化制備，然后進行樹脂注射或灌注工藝，固化得到制件的纖維含量可以達到60％，其力學性能與熱壓罐工藝相當，因此有望用機主承力結構。

2．3預浸料拉擠成型技術

拉擠成型是一種連續生產復合材料型材的工藝，一般在牽引力的作用下纖維絲束浸漬樹脂后通過模具進行預成型和固化，其自動化程度較高。先進拉擠成型技術簡稱ADP（AdvancedPultru－sion），是直接對預浸料進行拉擠成型的自動化生產工藝，尤其適合生產各類直線性、固定截面的型材。ADP成形技術綜合了手工預浸料鋪疊力學性能優勢和拉擠成形自動化的優勢，根據最終型材外形和性能要求，選擇預浸料的合適寬度、預浸料層數和鋪層方向。由于原材料采用的是預浸料，可以根據構件的設計要求，實現任何鋪層（包括單向和±45°織物預浸料）的組合。由于空客A380、A350、Boeing787、A400M等大型飛機大量使用復合材料筋肋與蒙皮共固化的工藝技術，采用ADP技術制造的長桁和梁類構件容易實現制件固化度的控制，達到一定固化度的型材既能保持截面形狀又能在熱力作用下通過微變形適應不同型面，如翼面、機身壁板，最終與壁板共固化得到加筋壁板結構件［52－53］。采用ADP技術制造的復合材料型材自1996年開始應用于A330－200的垂尾以來，空客所有垂尾上復合材料的拉擠構件全部改用日本JAM－CO公司ADP型材，這些型材通過熱壓罐共固化與翼面蒙皮復合。同樣，近年投入航線運營的空客A380機體結構中也大量使用了采用ADP成形技術生產的梁、桁構件，不僅在垂尾中大量采用了拉擠型材，而且機身客艙地板工字梁也采用了ADP制造，受載很大［54］，如圖8所示。

2．4連續纖維增強熱塑性復合材料制造技術

以往的熱塑性樹脂基復合材料因力學性能偏低、尺寸穩定性差等問題，在飛行器結構上鮮有應用。然而隨著聚醚醚酮（PEEK，Poly－etheretherketone）、聚苯硫醚（PPS，Polypheny－leneSulfide）等航空級高性能熱塑性樹脂基體及其連續纖維復合材料的出現，使其在飛行器上的應用受到了廣泛關注。例如，PEEK預浸料已經應用在F117A的全自動尾翼、C－130機身的腹部壁板、法國陣風機身蒙皮等，空客A340／A380飛機機翼前緣應用了玻璃纖維增強的聚苯硫醚復合材料［56－58］。Fokker公司目前正在開發碳纖維增強聚醚酮酮熱塑性復合材料相關技術，擬用在下一代商業飛機的主承力結構上，目前已經做出了扭矩盒示范件，如圖9所示。該扭矩盒長達12m，通過感應焊接法將加強筋焊接在扭矩盒上。連續熱塑性復合材料的制件成型工藝主要有熱折工藝、隔膜成型、模壓工藝、纖維纏繞成型、輥壓成型、拉擠成型等［59－62］。其中纖維纏繞成型以其高效、穩定的特點使其應用越來越廣泛。此外，適用于熱塑性復合材料的自動鋪放工藝也在美國、加拿大以及歐洲等國獲得研發。熱塑性預浸料黏性極低，需要鋪放頭有較高的加熱能力才能實現鋪放，通常采用激光加熱的方式。此外，與熱固性樹脂基復合材料的自動鋪放工藝不同的是，熱塑性復合材料在鋪放時若溫度和壓力適宜，鋪放后可以達到足夠的密實程度，有可能不需要再進行熱壓罐固化，從而進一步降低制造成本。

3復合工藝理論與制造模擬

復合材料工藝過程發生著物理、化學、物理／化學耦合、熱／力耦合等復雜變化，影響因素多，變化不可逆，若不能掌握這些變化之間的內在聯系及對最終產品的影響，工藝質量將難以控制，采用大量實驗和經驗摸索出的工藝方案適用性較差。為此，大量研究關注了復合材料工藝各環節的基礎理論問題，并且試圖用各種物理模型和數學模型進行定性和定量的描述，為制造方案的制定和優化提供依據。此外，復合材料工藝模型通常較為復雜，難以得到解析解，因此借助計算機對其進行分析，模擬工藝過程，可以得到溫度、壓力、固化度、纖維分布、內應力等重要參量隨時間、位置的變化數據，進而評估制造缺陷的程度，優化工藝參數［63］。液體成型理論分析與模擬早有報告，并較成熟，而針對熱壓罐工藝成型固化過程的相關理論分析和模擬難度大，但很重要。

3．1復合材料傳熱行為

熱壓罐內存在著罐內氣體與模具、復合材料成型封裝體系的熱量交換以及復合材料構件內部的熱量變化。兩個溫度場保持相對獨立穩定性的同時又存在著相互影響，造成整個體系內復雜的溫度分布情況，直接影響復合材料成型質量［64－68］。熱壓罐內溫度場多采用笛卡兒坐標系下的N－S控制方程來描述，利用計算流體力學中連續、運動、能量的非定常三維N－S方程，以及反映湍流特性的湍流模型建立反映熱壓罐內強迫對流換熱的溫度場三維非定常有限元模擬方法。模擬方法可以實現熱壓罐內的模具溫度分布情況的預報，并可以對溫度場工藝參數、模具結構參數和罐內擺放位置等因素進行研究，優化罐內溫度分布情況［69－72］。

3．2復合體系傳質與傳壓行為

纖維密實／樹脂滲流是指在外加壓力作用下，復合材料成形體內樹脂相對于纖維而流動，并導致纖維堆積和排列狀態發生變化。為實現復合材料成型過程中纖維密實與樹脂滲流的模擬分析，基于達西定律和質量守恒定律，Springer提出了波浪式密實模型，Gutowski提出了海綿式密實模型［80］，作者團隊提出了漸進式雙重密實理論模式，使用有限元方法建立了一維、二維模擬方法分析各種參數對密實的影響。3．3應力與變形材料的熱脹冷縮反應、樹脂固化收縮效應以及復合材料與模具材料在熱膨脹系數上的巨大差異，使得制件結構內部將不可避免地產生殘余應力，進而引起復合材料結構件在脫模后產生回彈變形以及翹曲變形，使構件在室溫下的自由形狀與預期的設計形狀存在一定的差異，即產生固化變形［87－92］。熱應變的產生是由于在復合材料固化成型過程中，復合材料的溫度受熱傳遞和樹脂固化反應放熱的影響，不斷產生變化，當溫度增高時，復合材料受熱膨脹，當溫度下降時，復合材料收縮，從而產生了隨溫度而改變的熱應變。在復合材料的固化成型過程中，樹脂基體發生交聯固化反應，使復合材料產生體積收縮，由于復合材料內部固化度的不一致，各部分的收縮并不相同，從而導致了化學收縮應變的產生［93－100］。復合材料成型過程的固化變形模擬的主要目的是由此確定模具型面的補償量，同時考慮型面補償導致的制件變形，最終使得構件尺寸達到預期值［101－104］。

4成型工藝質量控制方法

先進復合材料的成型固化是在一定壓力和加熱條件下完成的，該過程是非常復雜且難以直接觀察，涉及到了熱量傳遞、固化反應、樹脂流動、纖維密實、氣泡的形成、生長及遷移等多種物理、化學及其耦合變化。不同的樹脂體系和纖維增強體的物理和化學特性不同，造成成型固化過程有明顯差異，這些因素與工藝參數、模具方案、產品結構等交織在一起。同時航空航天結構高昂的制造成本，要求保證高的成品率，這使得工藝質量的控制成為了復雜而又核心的技術。復合材料工藝質量控制技術包含工程技術和科學研究兩個方面，前者往往在產品生產中起決定作用，而后者往往在產品研制中有重要地位。

4．1工程技術規范與數據庫

航空航天工業已充分認識到復合材料結構這一特點，并在積木式設計驗證程序中對材料與工藝控制進行鑒定，建立材料規范和工藝規范，保證能生產出可重現且可靠的結構。例如FAA制定出版了預浸料和復合材料規范及工藝規范編制指南，加快了復合材料結構研制與適航審定進度，降低了成本，保證了工藝質量［109］。復合材料工藝規范中，對相應產品所涉及的所有制造因素都進行了明確規定，如適用范圍、引用文件、材料要求、設備和設施要求、人員要求、工裝要求、制造要求（鋪層、預壓實、真空袋封裝、溫度監測、固化、膠接、脫模、工裝）、驗收標準等。材料規范和工藝規范制定過程中，數據庫是其必不可少的依據，數據庫應包含原材料、中間材料、芯材、復合材料等物理、化學、工藝、力學等性能，這些數據的準確性、可靠性需要有足夠的實驗批次、合理的實驗矩陣、先進的測試標準規范、嚴格的檢測工作質量管理體系作為保障。從1994年開始在NASA、FAA和美國70家企業、學術機構及政府機構組織開展了AGATE（AdvancedGeneralAviationTechnologyExperi－ments）項目，目的是在滿足FAR23、AC20－107A和AC21－26要求的前提下，發展一種通用的復合材料鑒定和性能等同判斷方法及規則，建立共享的數據庫，大幅度降低材料鑒定的成本和時間，加快通用飛機設計、發展進程和適航審定。2005年，NASA的技術人員認識到AGATE的方法應該從通用航空領域推廣到整個航空行業，于是建立了國家先進材料性能中心（NationalCenterforAdvancedMaterialsPerformance，NCAMP），該中心制定了大量指導性文件，尤其是包含了復合材料體系適航審定中材料規范、工藝規范以及數據庫的大量內容，為復合材料在民用航空上的應用奠定了技術基礎［109－110］。中航工業集團公司針對中國航空用材料體系，建立了復合材料工程數據庫，覆蓋了目前中國航空工業的主要材料牌號，并研究了數據庫的管理和應用技術。高航等歸納總結了復合材料典型構件加工特征，在此基礎上構建了復合材料典型特征加工工藝數據庫，利用該數據庫可以將復合材料的相關加工工藝信息進行合理分類存儲，便于用戶進行檢索［111］。美國十分重視復合材料的標準化工作。自20世紀70、80年代開始，由美國國防部下屬的MIL－HDBK－17協調委員會編制有關復合材料性能表征、性能數據和在結構中應用指南的軍用手冊，被國外的復合材料與結構研制的工程技術人員稱為“復合材料的圣經”，該系列手冊于2013年宣布廢止，并由美國SAE協會制訂的CMH－17系列復合材料手冊替代，其中與MIL－HDBK－17F相比，在“生產材料和工藝過程的質量控制”章節中，有大量更新，包含了材料采購質量保證程序、零件制造檢驗、管理材料和工藝中的變更、改進工藝的統計工具等內容［110］。從目前工藝規范和數據庫的應用看，建立統一的技術規范標準，構建復合材料結構設計／制造／評價共享數據庫是促進復合材料工業快速發展的重要措施。

4．2復合材料制造裝備

第3篇：復合材料范文

關鍵詞：復合材料，教學改革，選修課

【中圖分類號】TB33-4

復合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料，與傳統材料相比，復合材料具有許多優點，比如其成分及性能的可設計性高，由于加入了高性能的增強相，其強度和彈性模量很高，尤其是比強度遠高于傳統材料，另外還具有抗疲勞、斷裂性能好、結構功能一體化等一系列優越性能，是其他材料難以替代的功能材料和結構材料，在國防、機械、化工、醫療等各領域有廣泛的應用，是新技術革命賴以發展的重要物質基礎。目前，復合材料已成為新材料研究領域的重要方向，對于材料科學的發展意義重大。正因如此，眾多高校非常重視復合材料課程的開設，《復合材料》是材料學院材料科學與工程、金屬材料、高分子材料等非復合材料專業本科生的專業選修課之一。根據復合材料涉及的分類，這門課程主要講述復合材料增強體、復合材料的設計原理、聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等內容。通過學習，使學生了解復合材料的基本理論知識、分類及其應用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常見復合材料制備方法，以提高對于復合材料的設計、制造、性能及應用能力。但本課程的特點是內容繁雜，涉及了基體、增強體、復合原理、材料設計、成型方法及工藝、生產設備等內容，涵蓋化學、物理、計算機、工程學等方面的基礎課程。因此，在教學中普遍存在學生對所涉及的概念、理論不甚理解，導致厭學、重視不足現象，同時也存在教師很難將知識點一一闡述透徹，學生難以進行深入的學習等問題。另外，該課程多為陳述性內容，在授課過程中很容易陷入乏味的陳述之中，使得學生對本門課程無法提起興趣。因此，針對以上題，本課程需要在教學過程中進行了改革，并分析復合材料學課程理論教學改革的方法和意義，以期為高等院校的相關課程和專業建設提供一定的參考。

1 授課內容改革

大學教育是創造性人才培養的搖籃，其專業選修課教學內容旨在開闊學生的視野，提高其創造創新能力，因此在教學中應該剔除陳舊的知識、固定的模式。《復合材料》這門課程的知識信息量比較大、直觀性比較強，其內容涉及聚合物基復合材料、功能復合材料、陶瓷基復合材料、無機復合材料、金屬基復合材料等諸多方面，但是在本科生培養計劃改革中，該課程由原來的32學時壓縮為16學時左右，在指定的教學時限內很難完成課程全部內容的教學。因此，需要對課程的內容進行進一步精簡、合并，盡可能在體現其完整性的同時突出發展前沿的內容，教材也必須作整合化“手術”，在個性化的教材之中養成學科的風格與特色。例如，在我校材料科學專業主要是以金屬材料為主，因此要重點學習金屬基復合材料，在充分講述了金屬基復合材料的設計、制造、界面表征及性能分析后，要著重描述金屬基復合材料的目前的研究及應用現狀、發展方向以及存在的主要問題。而陶瓷基等復合材料則在介紹其總體理論后可以針對于某些發展方向進行延伸講授，在完成大綱要求內容的同時，要突出重點和難點內容，使學生在明晰總體脈絡的情況下，能夠抓住主要方向，只有這樣才能在較短的時間內達到較好的學習效果。

2 革新教學方法

前已述及，《復合材料》這門課的知識體系非常寬廣、內容豐富、實用性較強，其內容歸納起來具有以下特點：一是課程內容包含的專業知識和門類非常多，并應用很多基礎學科的知識來分析材料中的具體問題，有的內容非常具體而復雜，如復合材料的界面結合理論，有的內容則比較抽象而難懂，如材料的晶體結構和力學性能的微觀機理等；二是同時具有很強的理論性與實踐性，一方面有很多的理論分析與公式推導，在分析和推導的過程中要建立具體的物理模型，并結合材料內部的具體結構進行相應的處理；另一方面要應用基本理論和方法來分析、解釋和處理材料方面的實際問題；三是該課程內容中包含大量抽象、復雜且不易理解的概念。如果使用傳統的黑板加粉筆的教學方式，只能是學生得到一些感知的內容，無法使其得到直接的體驗，顯得枯燥無味呆板。好在現在各學校基本上都普及了多媒體教學，為了吸引學生在課堂上的注意力，提高學生們的學習興趣，實現本課程教學的最終目標，需要在多媒體教學的基礎上對教學手段進行相應的改革。可以從以下方面入手：

（1）在教學中把多媒體、影像資料、CAI 課件等現代化教學手段應用到在教學中，在課堂上用文字、圖片、動畫和視頻以及聲音等資料來進行教學活動，可以在有限的時間內提供給學生最大的知識信息量。

（2）采用授課―交流―討論的流程，通過向學生講解與授課內容相關的學術論文，讓學生從科研的角度認識復合材料，同時了解復合材料發展的動態，并與其在各領域的應用結合起來。授課的同時積極與學生進行互動交流，共同探究論文中學術論點，必要時可以讓學生自己查閱總結科研文獻的觀點，并進行分析評閱，進而提升自身綜合實力。

（3）《復合材料》這門課程陳述性內容較多。如果采用“以教師為主體、以課堂為中心”傳統的灌輸式教育，會使課堂教學氣氛呆板，使得學生的創造性思維受到嚴重束縛，既降低了學習效果，也忽視學習能力的培養、科研能力的培養。因此在教學過程中，除了對本門課程的難點和重點知識點進行詳細講解外，其他容易理解的內容，可以讓學生先在老師的引導下自行閱讀并完成讀書報告，然后老師對其讀書報告進行講評，這種自學方式有利于培養學生的自學能力。

3 優化考核辦法

課程考核是大學教學活動的重要環節，是對教師授課及學生學習效果的檢驗，對督促學生主動學習，引導和促進學生潛能、個性和創造性等的培養具有重要作用。《復合材料》課程涉及的領域廣、范圍大、知識點多，如果單純以閉卷答題的方式進行考核，則會在一定程度上約束學生的思維，不利于考查學生的綜合運用知識分析問題和解決問題的能力，無法全面評估學生對這門課程的掌握情況，因此，如何既能充分發揮學生的創造性，又能達到考核的目的，這是亟需解決的問題。《復合材料》是一門專業選修課程，期考核方式可以相對靈活一些，能夠采用綜合考核、靈活應試的辦法，在研習傳統考試模式的前提下，提高平時考核成績的比重，在平時成績的考核中，可以采用學生在課堂上發言和討論、撰寫讀書筆記和科研報告等多種方法對學生進行綜合考核，尤其是讓學生撰寫科研報告，報告中要求學生通過閱讀相關專業書籍及國內外期刊，總結出復合材料最新研究進展、應用技術及發展趨勢等內容，以此提高學生對所學知識的掌握，并使學生在考核過程中掌握了科研論文的查閱總結能力。將這幾種考核方式相結合，可以促進學生在學習過程中積極主動地參與，避免平時不用心學習，考試時突擊學習情況的發生。

4 結語

課堂上教師的“講授”是為學生的“學習”作鋪墊和服務的，講授過程中教師應該是導演，是學生學習的引導者。因此，教師應該積極與學生互動，在此過程中，教師要大膽放手，讓學生充分發揮主觀能動性和創造性，想方設法激勵和引導學生積極主動地去探究、去思考，并樂于實踐；只有這樣，才能實現“先學”的目標，才能把課堂的主動權真正還給學生，突出學生是課堂教學的主體地位。

總之，《復合材料》作為一門專業選修課程，其教學改革是一項系統的改革，要運用各種有效的教學手段，采取科學合理的綜合考核形式，培養學生獲取知識的能力、綜合能力、創新能力、發現問題和解決問題能力以及養成良好的科學素養。

參考文獻

[1] 王獻彪.材料學專業本科生課程創新能力的探索[J].文學教育.2010，（7）：69；

[2] 王獻彪，徐文總，劉瑾等.《復合材料》課程互動式教學的實踐與探索[J].廣州化工.2012，40（10）：174-175

[3] 趙洪凱，肖力光，劉亞冰等.《復合材料》課程建設與教學研究[J].廣州化工.2010，38（10）：229-230

第4篇：復合材料范文

關鍵詞：聚醚醚酮；復合材料；性能

1 引言

電連接器是為電氣終端之間提供連接與分離功能的一種元件，近年來，伴隨著數字、IT技術的發展；航天器電子設備的重量趨小、抗干擾能力趨強；海洋探測設備的耐環境性能趨高等因素以及國防建設中各種新型武器裝備的出現，都對連接器產品性能提出了更高的要求。主要集中在以下幾個方面。

1.1 重量輕、小型化要求

由于航空、宇航等領域對連接器產品的重量和體積要求日漸趨小。

1.2 耐環境性能要求

隨著我國航天、航空技術、航海、石油勘探及軍事電子設備技術的發展，對連接器產品的耐環境要求提出了更加苛刻的要求。

1.3 高可靠性能要求

未來裝備要求具有更高的可靠性、更長的儲存時間和工作壽命，以適應無人值守、全天候工作狀態。與之匹配的連接器可靠性能也得做響應提高。

1.4 多功能、集成化要求

由于整機設備的集成化、小型化，要求連接器產品具有多功能性，具有高混裝特性，具有多系列、多模塊組合等特性，以實現整機上的各種預定用途，為用戶提供各種特殊功能的線路連接。

1.5 抗電磁干擾性能要求

目前在通信、網絡、軍事、航空、航天、醫療、消費電子、電子對抗、相控陣雷達等領域，都提出了電磁兼容要求，迫切需要具有更高抗電磁干擾性能的連接器產品。

由于傳統連接器的一些固有特點造成其不能達到上述一些要求。所以為了適應電子信息業的迅速發展和國防科技現代化的發展需求，實現連接器的高性能、高可靠、耐環境、多功能、小型化、綠色、高效、安全；實現我國高端連接器的獨立自主研制和批量生產能力；就必須要加快新一代復合材料連接器的研究和發展、努力創新，滿足各領域配套需要，發揮高新連接器產品對我國經濟發展、技術進步的重要支撐和推動作用。

2 國內外復合材料連接器發展情況

傳統連接器所用的材料大部分是有色金屬，更進一步的發展是采用了工程塑料，已出現了聚苯硫醚、聚醚醚酮等復合材料連接器。國際上復合材料連接器也主要應用于宇航級，部分特殊場合如石油采探行業亦有應用。其中MIL-C-29600A產品被廣泛采用。該標準有A、B兩個系列，A系列采用MIL-C-38999的安裝板空位排列，B系列采用MIL-C-81511的安裝板空位排列。

完成復合材料連接器的研制，即可實現國內復合材料連接器零突破；打破我國高端連接器及其組件一直依賴國外進口從而受國外制約的現狀；同時，該項目屬世界領先水平，可帶動我國連接器打入國際市場，實現和國際接軌，推動我國連接器行業的升級換代。一些國內廠家為此已經做出了很大努力，某些產品已經被采用到航天設備中。并得到認可。

3 對復合材料連接器的研制與創新

近年來，我公司對于復合材料在連接器領域中應用已有初步探索，并在一些新產品中加以小批量應用。如為用戶提供應用于星地GPS定位裝置的連接器，其結構件采用復合材料替代金屬材料，結構緊湊，耐環境性強、重量輕，用戶經上機試用，認可度頗高，現已批量定貨應用于整機。應用復合材料優越的防水密封性能，為用戶設計的產品已大量應用于石油深井鉆探的鉆桿部位。為用戶提供的一種微動開關產品，應用于某空對地區域封鎖子彈藥引信裝置，該產品主要了復合材料的強抗沖擊力性能，現該產品已批量生產。

3.1 主要研究、開發內容及采用的工藝技術

3.1.1 研究內容：復合材料改性技術；復合材料電連接器產品結構、電性能、機械性能、密封性能、耐環境性能的設計技術；產品特殊接觸對的設計技術；產品高數據傳輸技術等技術以及復合材料的研發技術。

3.1.2 工藝技術：復合材料成型技術；復合材料表面金屬涂覆技術；超精密薄壁塑料件注射成型技術；接觸件高精度加工成型技術；接觸件鍍金技術；復合材料外殼精密加工成型技術；外殼鍵、槽成型技術；屏蔽簧片精密加工技術；彈性零件的熱處理技術（卡爪、屏蔽環、卡簧、彈簧）；產品裝配中的密封封裝技術等。

3.1.3 技術指標：重量輕，較傳統連接器重量降低四分之三；工作溫度：-65℃～250℃；振動：10～2000Hz，65g（正弦）、50G（rms）（隨機振動）；沖擊：3ms半波正弦達3000m/s2；耐鹽霧：3000小時以上；使用壽命：3000次以上。

3.2 創新點及技術關鍵

3.2.1 復合材料的改性研究及研制。應用塑料聚醚醚酮（PEEK）樹脂為主要原料，進行復合材料改性，替代有色金屬銅、鋁合金，生產連接器外殼、絕緣件。

3.2.2 MIL38999典型產品的研制，實現高新復合材料連接器的關鍵技術突破；具有高混裝特性，可裝入多種接觸件，如高低頻混裝等。可適用于大功率，高壓、高速、高頻傳輸，滿足軍民各種使用領域。

3.2.3 復合材料的成型及涂覆技術。

3.2.4 高速連續跳步模的設計制造技術。

4 新一代復合材料連接器發展趨勢

新一代復合材料連接器，是代表目前國際上最先進的連接器，同時產品覆蓋面廣，可多領域應用。根據各領域對新一代復合材料連接器的不同要求。產品向系列化、多品種、高性能、集成化以及多檔次、規模化的趨勢發展，以滿足各類電子設備的不同需求。

項目產品多領域應用的特點將給我國諸多產業帶來巨大的經濟效益。產業化完成后，可迅速全面推廣應用，在國內形成一新型的產業，意義深遠。由于產品的特殊、高端性能優勢，在重大項目實施期內即可迅速推廣，形成可觀的市場規模。

5 結束語

新一代復合材料連接器是未來連接器的發展方向。我們有必要加快復合連接器的研制，來推動我國高端連接器生產技術水平。

參考文獻

[1]劉洋.適應高科技時代要求的新連接器技術[J].機電元件，2011.

第5篇：復合材料范文

關鍵詞 復合材料；膠接；縫合連接；混合連接

中圖分類號：V22 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0117-01

1 概述

根據復合材料的自身特點及其破壞的機理，存復合材料連接中，膠接、縫合連接、混合連接已被廣泛的運用。合理的膠接、縫合連接、混合連接設計，不但能夠滿足使用要求，減輕結構重量，提高可靠性，還可以延長結構的使用壽命。本文針對復合材料的膠接、縫合連接、混合連接方法進行探討。

2 膠接連接

膠接連接是借助膠粘劑將復合材料、金屬材料零件連接成不可拆卸整體的連接方法。

2.1 膠接連接優點

1）膠接連接受力均衡，接觸為面接觸，承載能力強，不同于機械連接的點接觸。

2）沒有鉆孔引起的應力集中和分層，連接可靠性好，結構重量輕。

3）膠接連接能獲得光滑的氣動外形，外形美觀。

4）抗疲勞性、密封性、減振性能好。

5）不同材料連接時，有隔離的作用，無電偶腐蝕問題，相容性好。

6）有阻止裂紋擴展的作用。

2.2 膠接連接缺點

1）膠接的質量控制比較困難。

2）膠接強度分散性大，剝離強度低。

3）膠接的工藝要求嚴格。

4）膠接性能受濕熱效應、介質等環境的因素影響大，膠粘劑存在老化的問題。

5）如果需要加溫加壓就需要專門的設備，成本高。

2.3 膠接連接參數

膠接連接主要參數包括膠接件的厚度t、膠層厚度h、膠接件的搭接長度L等（見圖1數值為本文推薦）。

1）膠接件的厚度t。膠接件的厚度由其所傳遞載荷P的大小確定。

圖1 膠接連接的參數 圖2 縫合連接的參數

2）膠層厚度h。膠層厚度h對連接強度有很大影響，增加膠層厚度，可減少應力集中，提高連接強度。膠層厚度過厚，會產生膠層厚度偏差、氣孔等缺陷；膠層厚度過薄，不能滿足連接強度的要求。因此，膠層厚度一般取0.1～0.4 mm。膠接件的搭接長度L。膠接件的搭接長度與膠接件的厚度（載荷p的大小）有關，因此，膠接件的搭接長度應盡可能的大，來滿足連接的可靠性要求。膠接件的搭接長度L≥8 mm。

3 縫合連接

縫合連接是借助縫合線將復合材料連接在一起，經過固化使縫合線與復合材料成為不可拆卸的整體的連接方法。

3.1 縫合連接的優點

具有與膠接連接相同的優點之外，縫合連接還具有以下

優點。

1）縫合連接后，自然形成了網格，使復合材料的單位面積大大減少，每個網格將其范圍內的復合材料進行了約束，使復合材料連接產生的分層及分層的擴散的問題得以解決；縫合的方法同樣也可以用在復合材料結構設計中，來解決飛機復合材料大壁板中的分層及分層的擴散問題。

2）飛機在使用中，受到鳥撞、冰雹等的撞擊，產生了沖擊損傷；飛機受沖擊的部位產生了脫粘、分層、承載能力下降等損傷情況。運用縫合連接技術后，使受沖擊產生的損傷，對復合材料整體影響減小，并約束了沖擊損傷進一步擴散的可能，從而提高了復合材料抵抗沖擊損傷的能力。

3）縫合連接的工藝性好。

3.2 縫合連接缺點

1）縫合連接需要專門的設備。

2）縫合后拆卸困難，維修困難。

3.3 縫合連接參數

縫合連接主要參數包括縫合線號、縫合件厚度t、縫合件的搭接長度L、邊距b、排距p、針距w等，（見圖2，數值為本文推薦）。

1）縫合線號。縫合線號由行業標準規定，通常使用2號（粗）～24號（細）線。縫合線號由連接處的載荷大小決定。

2）縫合件厚度t。縫合件厚度由其所傳遞載荷p的大小

確定。

3）縫合厚度t1。縫合的最大厚度由專門的設備決定。

4）縫合件的搭接長度L。搭接長度與縫合件的厚度（載荷p的大小）有關，因此，縫合件的搭接長度應盡可能的大，來滿足連接的可靠性要求。縫合件的搭接長度L≥8 mm。

5）邊距b。縫合線直徑φ

6）排距p。排距p由縫合件的搭接長度來決定，采用均勻排列針距w。針距w由載荷的大小來決定，w≥2.5 mm。

4 混合連接

混合連接是指在同一連接處，運用兩種或兩種以上的連接，是復合材料中重要部位的主要連接形式，其包括膠鉚連接、膠螺連接、膠縫連接等形式。

4.1 混合連接的優缺點

復合材料采用混合連接是從安全破損的角度考慮的，是想得到比只使用一種連接形式更好的連接安全性。復合材料的連接形式各有其優缺點，這些優缺點在混合連接中仍然存在，只是缺點的影響減少了。在膠鉚連接中，鉚釘一方面阻止和延緩了分層、脫膠等損傷的擴散，提高了抗剝離性、抗沖擊性、抗疲勞性；另一方面鉚釘制孔，有帶來分層、應力集中、腐蝕等不利問題。

4.2 混合連接的破壞模式

混合連接的破壞模式包括單一型和組合型破壞模式，如拉伸破壞、擠壓-剪切破壞模式等形式。混合連接破壞模式的產生主要與其連接參數、連接方式、復合材料鋪層方式、載荷性質等有關。

5 結束語

復合材料的連接是復合材料設計中的重要環節之一，設計中應充分考慮不同復合材料的獨特性能，采用合理的連接形式，來滿足使用要求。復合材料連接設計中，在載荷不大的情況下，應多采用膠接、縫合的連接方法；在載荷大的情況下，應多采用膠縫等的混合連接方法；在需要維修、可卸的情況下，應采用機械連接的方法。要充分運用各種連接形式的優點，使其缺點對結構連接的影響最小。

第6篇：復合材料范文

1.行業特點

復合材料行業特點：原材料品種多，工藝方法繁多，成本跨度極大。按每公斤價格而言，復合材料可以由幾元到幾千元以上不等，一般同等重量成本均高于鋼鐵。很多材料配方和工藝方法原理簡單，容易上手，但由于工藝自由度較多，真正的工藝參數系統性控制難度大，產品離散性較大，產品缺陷的可探測性差，所以用簡易辦法較難區分產品質量的好壞。

2.發展現狀

行業門檻低，個體戶亦可從事經營生產活動；復合材料應用領域廣泛，既可做花盆，也是航空航天等高科技領域不可缺少的材料。國內缺乏高技術含量自主研發產品，配套設備設施也不健全，限制了復合材料行業的發展。復合材料以其質量輕、強度高的特點，在汽車工業方面具有典型的應用，并占有突出的三大優勢：一是自身減重；二是集成化功能，使系統減重；三是使系統的制造、安裝和維修簡化。而且，大部分復合材料部件具有減振降噪的效果。從復合材料的內在特點而言，所有纖維增強復合材料，特別是連續纖維增強的復合材料部件，對微裂紋及輕微外傷的敏感性都非常弱。采用這種復合材料制作結構件，安全性更高，可有效降低二次傷害的可能性和程度。

復合材料在汽車上的應用

自開始制造汽車以來，復合材料便以各種形式應用于汽車中，樹脂基復合材料正式應用于汽車中始于1953年。世界上第一輛全復合材料車身的Corvette車由手糊工藝生產（見圖1）。復合材料在汽車上的應用分為幾大類：覆蓋件（內外飾）、結構件（以其力學性能為主要應用）、功能件（以其某些方面特殊性能為主要應用）。當然，更多情況下都是多種性能同時應用的，只是在不同的場合中個別性能稍有突出而已。復合材料在汽車上的應用是從覆蓋件開始的，也是用量最大的一個類別，主要采用SMC（片狀模塑料）、RTM和手糊等工藝制造。復合材料用于覆蓋件的優點是耐沖擊性、耐候性、耐腐蝕、阻燃、行人保護以及豐富的造型設計等。

對覆蓋件的要求主要集中在外觀和尺寸以及成本上，而對材料本身等性能要求不高，導致這個領域競爭極其激烈，結果是成本下降的同時，質量也受到影響，在某種程度上這也是復合材料名聲不好的原因之一。結構件的應用在國內發展較緩慢，主要是由于這類部件的技術要求相對較高，不易掌握，企業缺乏相關設計以及驗收標準和測試驗證能力，在沒有足夠證據證明新材料、新部件符合要求的情況下，主機廠只能延用原來的材料。初期開發需要一定的投入，在國內，開發投入基本都由供應商承擔，開發成功后，其成果又很容易被竊取，這也是阻礙汽車用復合材料發展的因素之一。

功能件的應用狀況與結構部件有相似之處，目前應用雖然很多，但多數是合資車型，延用國外原有設計。國內缺乏自主設計能力以及相關的驗證能力，也缺乏相關標準。設計原型在國產化過程中，迫于技術水平所限或成本壓力，其材料體系、工藝技術有時也會發生變化，引起部件質量下降，最后很可能被歸結為材料本身的原因。中國的汽車用塑料平均每輛車在100kg以下，占塑料總產量的10%以下，而美國占15%，德國占18%，并且逐年增長。汽車塑化是目前比較熱門的話題，但我們知道，汽車也不可能被完全塑化，最終會達到一個理想的平衡狀態。

1.轎車上的應用

復合材料在轎車上的應用以SMC產品為主要代表，主要應用于車頂板、車頂外延板、側裙板、翼子板、機艙蓋板、保險杠、儀表板和內飾板等。應用實例如圖2～圖6所示。其中圖2富康行李箱蓋為粘接結構，RTM工藝成形。圖3奇瑞A5行李箱蓋為粘接結構，其外板采用SMC工藝，內板采用RTM工藝。圖4和圖5所示的零部件均采用SMC工藝成形。圖6中的寶來喜登2002年5月在東風出產，采用RTM工藝全塑車身，為國內全復合材料車身產品，整車使用復合材料136.5kg，外觀藍色部件全部為復合材料制造。碳纖維具有絕佳的韌性和抗拉強度，且重量只有鋼的1/4。輕量、高強的特性正是高性能汽車所需的。轎車前端模塊，采用LFT–D在線混煉壓制或LFT–D在線注塑工藝，可節省材料成本25%，如圖7所示。備胎艙采用LFT或GMT材料，具有良好的抗沖擊性和防腐性，單件減重可達45%（約4kg左右），設計自由度高、可制作出較復雜的形狀和結構。2009年，寶馬集團與西格里集團合資，建立了西格里汽車碳纖維公司，首款產品4門寶馬i3的碳纖維復合材料車廂采用RTM工藝成形（見圖8）。蘭博基尼的Aventador超級跑車車廂也由碳纖維復合材料制成。

2.客車上的應用

復合材料在客車上的應用主要包括前后圍、保險杠、頂圍、行李箱門板和整個車身等（見圖9和圖10）。

3.載貨汽車上的應用

復合材料在載貨汽車上的應用，主要包括高頂、面罩、保險杠、傳動軸、腳踏板、板簧、側裙板、翼子板、導風罩、導流板和導流罩等。國內自主研發8.6m自卸車車廂通過采用復合材料（見圖11），車的質量從原來的6.8t減至4.5t，承載50t以上，每年可為用戶增創7萬元左右的利潤。

復合材料的新應用

除以上所述，復合材料在其他汽車零部件上的應用也很多。例如，發動機的氣門室罩、齒輪室罩和油底殼等，都可以用復合材料制造（見圖12）。復合材料在汽車上的應用日益廣泛，隨著技術的發展，復合材料正在向新的種類發展（見圖13）。

第7篇：復合材料范文

復合材料壓力容器因為具有重量輕的特點，并且它的壓力承擔容限指數較高，在遭遇了外力沖擊的情況下，復合材料纏繞處理法容器具有穩定性較高的特點，可以在比較惡劣的儲存環境下，保證壓力容器失效模式安全等等優點。正因為如此，復合材料纏繞的壓力容器以其較高的抗沖擊損傷的性能，不斷得到了廣大用戶的信賴，在宇宙中高壓真空環境的空間系統中得到了比較廣泛的應用。其中，最典型的復合材料壓力容器（Copvs）是指，通過在壓力容器的薄壁金屬（或者塑膠）內存上纏繞在符合材料的基礎罐體中，通過充分浸染和涂漬大量高強度的纖維，最終完成復合材料內存的纏繞壓力容器的制造。復合材料壓力容器（COPVs）一般會被安排在國家高精尖領域的制造項目中，復合材料的壓力容器技術更是得到了廣泛的運用。

2沖擊效果損傷

2.1外力沖擊對內外壁的影響

碳合金和環氧復合材料壓力容器在受到了外力沖擊之后，最為直接的結構就是在容器的內壁出現不均勻的裂縫，產生各種明顯的受損狀況下的缺陷。比如，在金屬容器的內壁會出現襯體凹凸不平的現象。環氧符合材料由于纖維分層材料的特點顯著，會出現復合層與壓力容器的內襯脫離粘黏、容器內壁基體發生開裂和顯著分層，這些都是典型的壓力容器受到沖擊損傷的效果表征。在外界壓力過大和沖擊損傷更加劇烈的時候，壓力容器還會因為承受過高的符合，容器內壁出現明顯的纖維斷裂現象。

2.2復合材料纏繞壓力的標準性測試

在上個世紀九十年代的中后期，美國的國家航空公司開展了一項針對航天器復合材料纏繞壓力的標準性測試，為壓力容器沖擊損傷狀態下，復合材料纏繞壓力容器加強的技術進行了研究和分析。美國航天公司抽調全國技術骨干，對將近220個直徑約為150-500MM的球形壓力容器和圓柱體碳合金/環氧壓力容器（Copvs）進行了高頻次的沖擊試驗。根據研究實驗的過程，獲得了大量碳合金/環氧（Copvs）的實驗數據，使用復合材料可以顯著緩解沖擊損傷的效力。根據復合材料纏繞技術中，壓力容器沖擊損傷的實驗中得到了測試結果表明，用不同能量的沖擊碳元素/環氧壓力容器（Copvs）產生的具體損傷效果很不一樣，沒有使用復合材料的壓力容器在沖擊能量加大時，會出現內壁爆裂的現象。

3沖擊損傷效果的影響因素以其檢測

3.1沖擊位置的影響

對于球形的復合材料纏繞壓力容器而言，沖擊位置會在對受壓容器的靠近接頭位置出現集中施壓的現象。由于復合材料在接頭處內壁纏繞侵染效果比較好，因此，此處的沖擊損傷反而比較小，主要原因就是由于碳合金與環氧壓力材料與接頭處連接，使得此處的高度顯著增加。

3.2沖擊損傷檢測

目視法是檢測壓力容器COPVS沖擊損傷的最簡單和直接有效的方法。勘測科學家通過肉眼對壓力容器的內部進行檢查，或者借助放大鏡對容器外表面的壁襯進行檢測，可以發現在受力情況下，復合材料表面纖維的具體受損傷的情況。使用找色繩頭或者酒精擦拭，可以顯著加強目視法沖擊探傷的效果和準確度。由于經濟技術的發展和科技研究的深入，目前一些有條件的探傷沖擊檢測中，大多使用超聲探測對內襯的凹陷翹張屈合以及壓力容器的復合層分層進行準確探傷。采用超聲反射發可以對沖擊傷后的COPVS中出現的分層狀況進行精準測算，可以對內襯復合材料的纏繞狀況進行準確的定量檢測。

3.3減輕沖擊損傷

為了提高材料纏繞處理方法壓力容器的抗沖擊效果，必須要在壓力容器的加壓過程和材料內襯處理過程中，嚴格按照罐體設計和復合材料纏繞處理的相關工藝質量標準，展開標準化生產的細節管控，從而有效減弱因為高速撞擊造成的壓力容器損傷。比如，對加壓容器的復合層部分，展開實時的聲波探傷和外觀質量檢查，直接剔除復合層表面或者壓力容器內部存在裂紋和部分氣孔脫層的產品，從源頭上加強對于壓力容器的質量管控，提高容器整體數量上的優良率和抗沖擊性能。由于產品的設計在抵御撞擊損傷的作用比較明顯，因此要考慮到COPVs在內襯泄露失效和動力學環境壓力驟增的情況下的容器承受過載的能力。在壓力容器的生產、試驗和搬運的操作過程中，提高其抗風險失效的安全系數。

4結束語

第8篇：復合材料范文

關鍵詞：復合材料；碳纖維；環氧樹脂；成型工藝

中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A

1復合材料特點分析

1.1碳纖維。碳纖維即CF，其元素組成主要是C，碳纖維中C含量超過90%。其材料具有優良的導電性以及導熱性，并且具有高溫耐受性，另外在耐腐蝕和摩擦性能上也具有突出表現。但是不同于普通的碳素材料，CF材料的各向異性較為顯著，能夠制成各種織物，且強度較大。CF的原材料主要包括粘膠纖維，即通常所說的人造絲，聚丙烯腈纖維以及瀝青等物質。而聚丙烯腈纖維是制備高強度CF的首選材料。

1.2環氧樹脂。環氧樹脂的力學性能較高，并且相對于其他材料加工性較強，加之粘結性好、收縮率低而應用于各種領域。在復合材料的制作中，環氧樹脂主要用于粘結CF材料，對CF之間的荷載進行分配，起到了保護作用。

1.3復合材料。復合材料的性能受到原料的影響，即環氧樹脂以及碳纖維的性能以及二者之間的粘特征會對符合材料特性造成影響。從材料特性上分析，復合材料的整體性能較強，抗腐蝕性高、抗蠕變性能良好，并且密度、線膨脹系數相對較小，能夠有效抗擊分層、沖擊等。在目前已有的材料中，EP/CF復合材料的綜合性能較強，比強度以及比模量指標最好。在進行加工成型時，具有穩定、易成型的特點。

2成型工藝

2.1手糊成型。該成型工藝是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的EP和CF，手持輥子或刷子使EP浸漬CF，并將材料中的氣泡予以驅除，將基層進行壓實。通過多次的鋪層操作，對制品厚度進行控制，從而滿足成品的設計要求。通過手糊成型工藝，可以滿足室溫成型要求，無需大量投資，成本低廉，并且制品的規格沒有限制。但是該工藝也存在不可避免的缺陷，首先該工藝的勞動強度較高，且技術要求較為專業。另外材料中的一些物質可能對人體造成危害。

2.2樹脂傳遞成型。該工藝主要將CF材料設置在上下模之間，同時利用模具進行夾緊，利用壓力進行EP材料的注射。待材料固化后，將制品取出。在進行注射的過程中需要注意，保證材料充滿模具腔，通過夾具壓力可以令EP材料迅速同CF材料結合，浸漬CF。該工藝優勢在于，可以預先對CF進行預先成型處理，后進行浸漬處理。而通過真空輔助注射的方式可以提高浸漬質量。并且，該種工藝可以再室溫條件下進行也可以在加熱條件下進行，具有較高的靈活性。且模具材料的選擇范圍也較廣，鋼材模具以及復合材料模具均可適用。但是缺陷就在于，只能進行大型制品的制作，這是由于工藝所采用設備限制。

2.3真空袋法成型工藝。該種方式時間里在噴射成型以及手糊成型工藝之上的新型工藝。該方式的優勢就在于，成型后所得復合材料中CF含量相對較高，且鋪層技術僅采用了最普通的濕法鋪層技術；并且在加工過程中EP浸漬CF性能良好。而缺陷就在于，工藝較為復雜，因而勞動強度相對較大，而復雜的工藝也增加了成本，不利于推廣使用。并且生產所需要的技術水平相對較高，這就會對生產效率造成影響。

2.4預浸料成型技術。首先將CF材料用EP進行預浸漬，在加壓、加熱以及溶劑環境下，進行預先處理。這種方式的優勢就在于能夠對EP材料同固化劑之間的配比進行精準的調整，并能夠準確控制CF中EP的含量。另外在制造過程中可以使用高粘度樹脂材料，這種材料的化學性能、熱性能以及力學性能等較強且應用成本較低。缺陷就在于作業速度慢且消耗過高，制品尺寸受限，因而成本相對較高。

另外，低溫固化預浸料、拉擠成型也是應用較多的成型工藝。

3復合材料的應用

3.1飛行器的輕型化。美國從F-14、F-15戰斗機就開始采用EP/CF復合材料，以降低結構質量，提高推力，復合材料占總結構質量的2%～3%。F-18戰斗機中先進復合材料已占總結構質量的10.3%，包括水平尾翼、方向舵、垂直穩定板、減速板等，由F-14和F-15的次承力結構材料逐步向主承力結構材料過渡。

3.2輕型機槍槍架。在輕型自動武器的研制過程中，需要實現的極其重要的戰術技術指標是大幅度減輕武器系統的質量，提高武器的機動性，同時保證輕武器的射彈散布精度，尤其是連發射擊精度，以滿足現代戰爭對輕武器的戰技指標要求。目前，我國在這方面做了大量的工作，已初見成效。

3.3新型連續抽油桿。有桿泵抽油是當前國內外應用最廣泛的機械采油技術，抽油桿是有桿泵系統中的關鍵部件，也是其中最薄弱的環節。CF具有高強度、高模量、質輕和耐腐蝕的特點，且價格穩步下降，是制備新型連續抽油桿的理想材料。以CF增強EP為主要原材料，采用拉擠成型工藝制備的新型連續抽油桿具有連續無接箍、橫截面小和質輕等優點，完全克服了常規鋼制抽油桿的缺點。

3.電葉片。潔凈能源是全世界關心的問題，風力發電則是重要的潔凈能源之一。據估計2020年世界發電總量中，風力發電要占12%。隨著新型能源的開發利用，風力發電技術開始得到迅速發展，而復合材料也在風力發電裝置中得到了廣泛的應用，市場前景廣闊。由于風力發電設備的功率不斷增大，因而發電成本得到了進一步收縮。風力發電設備也開始向著長葉片大功率的方向發展，這就要求復合材料具有更高的性能，以保證轉子的葉片能夠承受住設備運轉的要求。這不僅僅要求葉片的設計需要改變，同時也對材料的應用提出了更高的要求。而新型復合材料性能恰恰能夠滿足這一方面的要求。

3.5作為導電復合材料。該種材料主要由合成樹脂以及一些具有優良導電能力的材料混合煉成，成型工藝主要利用了注射成型以及擠壓成型的方式。在靜電去除以及預防帶電性能上具有巨大的優勢，在導電材料以及半導體材料領域得到了廣泛的推廣。另外EP/CF材料還被用作高精度天線以及接骨板的制作中

結語

EP/CF材料成型工藝在不斷的開發應用中得到了推廣，新技術不斷涌現，在發展的過程中其工藝向著更加便捷的方向發展，并更貼合環保這一時代的主題，成為了當前材料技術領域中的新寵兒。通過更高的生產性價比，EP/CF復合材料的應用以及成型工藝將會向著更高層次發展。

第9篇：復合材料范文

本發明涉及一種陶瓷基復合材料成形技術，綜合了壓注、注凝、浸滲的原理，用以制備形狀復雜、結構組分密度均勻、高強度的陶瓷基復合材料坯體，再進行燒結即可獲得高韌性陶瓷基復合材料制品。本發明提出的技術是一種創新的、制備高性能復雜形狀纖維增強陶瓷基復合材料的低成本、近凈尺寸的成形技術，與現有纖維增強陶瓷基復合材料成形制備技術相比，具有明顯的優越性，成形時間短、生產效率高。

專利號：200810228400.2

氮化鋁陶瓷材料及其制備方法

本發明公開了一種氮化鋁陶瓷材料及其制備方法。該方法是在現有常用制備方法的原料中添加納米氧化鋁，再按照常規制備工藝進行制備。可通過直接添加納米氧化鋁或添加有機鋁，如仲丁醇鋁、異丙醇鋁或乙酰丙酮鋁，并借助有機鋁的低溫分解間接獲得原位生長的納米氧化鋁。該方法可應用于干壓成形和流延成形，采用常壓或熱壓燒結等陶瓷制備工藝，可獲得分散特性好、均勻混合的氮化鋁和納米氧化鋁漿料，有利于提高物料的燒結活性、降低燒結溫度，以及提高陶瓷基板的色澤一致性、平整度和粗糙度，降低生產成本，在氮化鋁陶瓷生產領域具有廣泛的應用。

專利號：200810224311.0

一種碳化硅陶瓷的制備方法

本發明公開了一種碳化硅陶瓷的制備方法，具體為：采用固相燒結法，將竹炭粉碎研磨后，與硅粉按質量比1:3混合，將硅碳混合物與酚醛樹脂按質量體積比為1:1混合均勻；將混合物在140℃下預加熱成形；在真空或者Ar氣氛狀態下，將溫度升高到設定的最終燒結溫度進行高溫燒結；保持溫度30min，冷卻制得SiC陶瓷材料。本發明利用竹材生物結構通過高溫燒結而得到的碳化物材料，竹材在絕氧條件下進行炭化得到具有竹材孔隙結構的炭骨架，以此作為陶瓷相滲入和反應的生物模板，通過金屬或者無機非金屬物質滲入、燒結反應，使得到的陶瓷不僅具有竹材的精細結構，而且增加了反應面積，提高了合成速度，具有一般陶瓷制備方法無法比擬的優點。

專利號：200810224957.9

精鑄用自反應氧化鋁基復合陶瓷型芯及其制備方法

本發明提供了精鑄用自反應氧化鋁基復合陶瓷型芯及其制備方法，該復合陶瓷型芯是由剛玉粉及原位合成的鈦酸鋁、二鈦酸鎂和莫來石組成，所述復合陶瓷型芯由下列重量配比的原料制成：不同粒度的剛玉粉70～85%、氧化鎂粉0～2%、二氧化鈦粉8～20%、藍晶石粉6～10%，并加入占該四種原料總質量的1～3%的碳粉作為易潰散劑。所述方法將前述原料混合，干壓成形后高溫燒制而成。本發明氧化鋁基體中添加其他原料，所制備的陶瓷型芯高溫化學穩定性和熱穩定性良好；熱膨脹系數較低；燒結后收縮率小，室溫和高溫強度均滿足精密鑄造用陶瓷型芯的要求。

專利號：200810199121.8

一種高性能中低溫燒結高壓陶瓷電容器介質

一種高性能中低溫燒結高壓陶瓷電容器介質，涉及無機非金屬材料技術領域，它采用常規的高壓陶瓷電容器介質制備方法，利用電容器陶瓷的普通化學原料，制備得到無鉛、無鎘的無毒高性能中低溫燒結(燒結溫度為1100～1150℃)的高壓高穩定陶瓷的電容器介質，該介質適合于制備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，并且在制備和使用過程中不污染環境，其特征在于所述介質的配方包括(重量百分比)： BaTiO3 58～92%、SrTiO3 2～19%、CaZrO3 0.5～10%、Nb2O5 0.05～1%、Y2O3 0.03～1.0%、Co2O3 0.03～1.0%、Bi2Sn2O7 6～30%；其中BaTiO3、SrTiO3、CaZrO3分別是采用常規的化學原料以固相法合成。其耐壓高，可達10kV/mm以上，介電常數為2200～3500，電容溫度變化率小，符合X7R特性、Y5T和Y5U特性的要求，使用過程中性能穩定性好，安全性高，對環境無污染。

專利號：200810155056.9

一種用于降低電聲轉換器壓電陶瓷燒結溫度的添加物