工艺技术复合材料工艺术语详解及培训教材.docx

1、工艺技术复合材料工艺术语详解及培训教材（工艺技术）复合材料工艺术语详解及培训教材碳纤维增强树脂基复合材料 carbon fiber reinforced resin matrix composite 以碳纤维或石墨纤维及其制品增强的树脂基复合材料，是目前应用最多的一种先进复合材料。碳纤维是以有机原丝为主要原料，经预氧化、碳化、石墨化得到。按力学性能分为中强中模型、高强型和高模型三种，碳纤维增强体织物有平纹布、缎纹布、无纬布及三向编织物等。常用的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂及聚苯硫醚树脂等。碳纤维树脂复合材料具有比强度高、比模量高、热膨胀系数很小、导电、

2、自润滑性好等优良性能，但冲击强度与层间剪切强度偏低。碳纤维复合材料常采用热压成型、缠绕成型、特别是用作航空航天结构件需要热压罐成型，目前主要应用于航空航天工业中作主、次及非承力结构材料，如机翼、副翼、尾翼、喷管、火箭壳体等，少量用于某些医疗器械、体育用品及自润滑耐磨机械零件，如齿轮、轴承等。玻璃纤维增强树脂基复合材料 glass fiber reinforced resin matrix composite 俗称玻璃钢，是以玻璃纤维及其制品或短切纤维增强的树脂基复合材料。现代复合材料是从玻璃纤维复合材料开始的，是目前用量最多的一种复合材料。玻璃纤维是由熔融玻璃快速抽拉而成的细丝，直径一般为52

3、0m，纤维越细，性能越好。按原料组分可分为有碱、中碱、无碱和特种玻璃纤维。制品主要有玻璃布，按编织方法不同，有平纹、斜纹、缎纹、单向、无捻布等，其性能、价格不同，如缎纹布拉伸、弯曲强度较平纹布好。常用的树脂基体有不饱和聚酯、环氧、酚醛树脂及热塑性的聚丙烯、尼龙、聚苯醚树脂等，其中不饱和聚酯工艺性能好，最为常用。玻璃纤维在复合前需进行表面处理，除去浸润剂，有利于提高与树脂的粘附力和耐湿性。该种复合材料与其他复合材料一样具有性能的可设计性，轻质高强；耐腐蚀性能好，可耐氢氟酸和浓碱外的大多数化学试剂；绝缘性好，透波率高；绝热性好，超高温下可大量吸热，成本低。缺点是模量低，长期耐温性差。适于多种成型方

4、法，如接触压成型、热压罐成型、缠绕成型、模压成型、树脂传递模塑成型、注射成型和拉挤成型等。广泛应用于机械制造、石油化工、交替运输、航空航天及建筑等工业领域中。如制造车身、船体等大型结构件、飞行器结构件、雷达罩、印刷电路板及耐腐蚀贮罐、管道、保温结构等。芳纶增强树脂基复合材料 aramid fiber reinforced resin matrix composite 用芳纶及其制品增强的树脂基复合材料，是先进复合材料的一种。芳纶即芳香族聚酰胺纤维，主要是由对苯二胺与对苯二酰氯缩聚后，经液晶纺丝而成，制品有平纹、斜纹、缎纹布及其他织物。常用的树脂基体为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树

5、脂等。该类复合材料具有比强度高、比模量高、耐热、耐疲劳、抗蠕变、负的热膨胀系数及阻燃性能优良等特点。但压缩强度和剪切强度较低。适用各种成型方法，如缠绕成型、热压罐成型、接触压成型、模压成型、注射成型及拉挤成型等。主要应用于航空航天及军工生产中，如制造飞行器整流罩、方向舵、火箭发动机壳体及防弹装甲等，也可用于体育和医疗器械。混杂纤维增强树脂基复合材料 hybrid fiber reinforced resin matrix composite 由两种或两种以上的纤维增强同一种树脂基的复合材料。常用于混杂的纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶及硼纤维。树脂基体主要是环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂

6、、酚醛树脂及某些高性能热塑性树脂。纤维混杂方式有束内混杂、层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内、层间与夹芯综合混杂以及纤维组合混杂等，前三者较常用。通过混杂，可突出结构设计与材料设计的统一性，满足综合性能要求，提高和改善单一复合材料的某些性能，也可用以降低成本。如将玻璃纤维与碳纤维混杂可提高碳纤维复合材料的冲击性能，同时降低成本，而碳纤维又提高了玻璃纤维复合材料的模量、强度和耐疲劳性能；芳纶与碳纤维的混杂则将前者良好的韧性和后者较高的压缩性能结合起来，达到互补效果。适用一般成型方法，如接触压成型、热压罐成型、模压成型等。广泛应用于航空、航天、交通运输、机械制造及建筑等工业领域中，如火箭发动机壳体

7、、直升飞机旋翼、卫星天线以及船体、建筑用工字梁等。短切纤维增强树脂基复合材料 short cut fiber reinforced resin matrix composite 以短切纤维增强的树脂基复合材料。应用最多的是短切玻璃纤维、中等模量的碳纤维、石棉纤维也有少量使用。短切纤维一般均由连续纤维切割而成，长度在350mm之间，根据成本、强度、与树脂基体的匹配及工艺要求可灵活选用。常用的树脂基体由热固性树脂、乙烯基树脂和热塑性的尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯等两大类型。短切纤维的增强机理与连续长纤维不同，其复合材料力学性能，尤其是抗疲劳性能明显低于长纤维增强复合材料。但是利用短切纤维的随机取向，可获

8、得各向同性材料，以满足不同受力状态要求。成型方法以模压和注射为主，也常用离心浇注与喷射。这种复合材料易实现制造过程的自动化及提高产品精度，广泛应用于汽车、机械、建筑及化工等领域中。颗粒填充树脂基复合材料 particle reinforced resin matrix composite 以颗粒状物料填充增强的树脂基复合材料。常用的颗粒（粉）状填充剂（填料）有无机类的石英粉、滑石粉、石棉粉、云母粉及某些金属氧化物和有机类的木粉、石墨粉、碎棉绒等。常用的树脂基体有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂及某些热塑性树脂。采用颗粒填充可提高介电性、耐热性、导热性、硬度及降低成本等，但其力学性能普遍低于短切纤维

9、增强树脂基复合材料。成型方法主要有模压、浇注和注塑，前者适于酚醛、氨基树脂，中者适于环氧树脂，后者多适于热塑性树脂。成型前通常需将填料填充剂与树脂混合均匀，制成压塑粉。强度虽不如金属，但密度小，因而比强度、比模量较高，可代替有色或黑色金属制造的各种耐磨零件，电气绝缘制品等，广泛应用于机械、电子、建筑、化工及航空航天工业中。热压罐 autoclave一种为固化树脂基复合材料制品按要求可提供加热和加压环境的密闭设备。热压罐属于高压容器，通常由罐体、真空泵、压气机、贮气罐、控制柜等组成。罐内的温度由罐内的电加热装置提供，压力由压气机通过贮气罐进行充压。通常情况使用空气，只在较高温度下使用氮气、二氧化

10、碳等气体。热压罐成型 autoclave moulding热压罐成型是将复合材料毛胚、蜂窝夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具上，置于热压罐中，在真空（或非真空）状态下，经过升温加压保温降温和卸压过程，使其成为所需要求的先进复合材料及其构件的成型方法之一。用热压罐成型的复合材料构件多应用于航空航天领域等的主承力和次承力结构。该成型工艺模具简单，制件密实，尺寸公差小，空隙率低。但是该方法能耗大，辅助材料多，成本高。热塑性复合材料缠绕成型 filament winding of thermoplastic composite是热塑性复合材料的成型方法之一。该方法是将已浸有热塑性基体树脂的纤维束或带

11、缠绕在芯模上，同时用高能束流对缠绕点现场实施快速加热熔融，随着缠绕进程，预浸丝束边熔融边硬化。这种跟踪缠绕丝束熔融、硬化的过程是连续自动的，一般只适合于制作旋转体类的制件。该方法需要一个能产生高能束流的热源，常用的加热源有激光、热空气、红外线、微波等。热塑性复合材料滚压成型 roll forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用预先加热到软化温度的热塑性预浸料层片连续通过滚压模具成型，过程类似于金属的滚压成型，可实现自动化连续生产，生产效率高，适合大批量生产。热塑性复合材料拉挤成型 pultrusion of thermoplas

12、tic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法类似于热固性复合材料的拉挤成型，但浸渍工艺和模具与热固性复合材料拉挤成型方法不同。热塑性复合材料拉挤设备主要包括布纱装置、流态化床、加热模具、冷却模具、牵引机、控制系统、切割系统等几部分。一般用于生产杆、棒、管等型材；用织物增强时也可生产具有复杂截面的型材。产品的力学性能和表面质量都较好，适合大批量生产。热塑性复合材料成型 forming of thermoplastic composite是由热塑性预浸料制备热塑性复合材料及其制品的工艺过程。与热固性复合材料成型工艺方法基本相同。常用的成型方法有：拉挤成型、注射成型、模压成型、热压

13、罐/真空成型、缠绕成型、滚压成型、隔膜成型、热膨胀模成型等。与热固性复合材料成型不同的是，热塑性复合材料成型过程基体树脂不发生化学变化，其成型过程一般可分为熔融、融合和硬化三个阶段；已成型的制品经重新加热熔融后，还可以二次成型。热塑性复合材料基体树脂的熔点大多在300-400，接近热分解温度，所以成型温度要严格控制：温度太低树脂不能充分熔融、融合和流动；温度太高树脂会氧化、分解。熔融后要施加足够的压力，使预浸料层间充分接触，除去气泡，促使树脂流动，使树脂与纤维有良好的结合。该方法主要优点是：制件冷却到玻璃化温度以下便可卸压出模，整个成型过程比热固性复合材料成型过程要短。热塑性复合材料对模热压成

14、型 matched die press-forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用阴模和阳模在热压机上使已加热软化的热塑性预浸料层片复合成所需要求的制件。为了获得均匀的压力和热传导，对模具的设计和加工要求很高，通常阴模用金属材料制成，阳模用耐热橡胶制成。该方法操作方便，生产效率较高；但成型时树脂不易流动，易造成制件分层和纤维排列畸变等缺陷。热塑性复合材料橡胶垫热压成型 rubber pad press-forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用一个橡胶垫对已加热软

15、化的热塑性预浸料层片施压，使其紧贴于阳模外表面而成型。其特点与对模热压成型大致相同；可达到足够高的成型压力，但橡胶垫必须耐较高的成型温度。热塑性复合材料隔膜成型 diaphragm forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是将热塑性预浸料层片夹在易脱模的可塑性变形的隔膜之间加热软化，再用气压使之紧贴模具而成型。隔膜应能在成型温度范围内被拉伸，常用的有高塑性铝箔或聚酰亚胺薄膜。热塑性复合材料液压成型 hydroforming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用液压流体对已加热

16、软化的热塑性预浸料层片施压，使其紧贴模具而成型。液压流体用弹性膜密封使之不发生泄漏，并可以达到很高的压力，压力分布较均匀，工艺周期短。热塑性复合材料热压罐/真空成型 autoclave/vacuum forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是将热塑性预浸料层片两面贴上柔软的薄膜，置于模腔上方，加热到层片软化温度；然后腔内抽真空，外部施高压，使其贴合到模具上成型。热塑性复合材料热塑成型 thermoforming of thermoplastic composite是指热塑性复合材料在加热条件的二次成型。大多数热塑性基体是结晶型或半结晶型的，在结晶体熔点温度以下，结晶体熔融成流体，可进行塑性加工，冷却后重结晶成固体。根据这种原理对热塑性复合材料实现二次加工。一般是先压制成板材，然后在高温条件下把板材成型成符合要求的不同形状的制件。成型方法有模压、轧制。可成型