聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

聚合物基復(fù)合材料概論預(yù)浸料制備工藝聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能及應(yīng)用主要內(nèi)容一二三聚合物基復(fù)合材料制備工藝四聚合物基復(fù)合材料知識(shí)點(diǎn)1-聚合物基復(fù)合材料概論主要內(nèi)容：聚合物基復(fù)合材料的概述聚合物的合成及其力學(xué)狀態(tài)一二三常用聚合物基體一、聚合物基復(fù)合材料概述定義：凡以聚合物為基體、纖維、晶須及顆粒為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。特點(diǎn)：1．高的比強(qiáng)度、比模量2．抗疲勞性能好多數(shù)金屬材料的疲勞強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度的1/3～1/2，而聚合物基復(fù)合材料則70～80%3．減震性好4．耐燒蝕性卓越聚合物基復(fù)合材料的比熱容大，熔化熱、汽化熱也高，具有良好的耐燒蝕性能。5．可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，成型工藝簡(jiǎn)單6．過(guò)載時(shí)安全性能好若有少量增強(qiáng)體發(fā)生破壞，其承受的載荷會(huì)重新分布，不至于短期失去承載能力不足：抗沖擊強(qiáng)度差、橫向強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度低。濕熱環(huán)境下性能會(huì)發(fā)生變化二、聚合物的合成及力學(xué)狀態(tài)1．聚合物的定義

是一種分子量很大的化合物，其分子量多數(shù)在5000～1000000之間。它是由小分子在一定的條件下聚合而成，這種小分子聚合形成大分子的過(guò)程稱聚合反應(yīng)。2．聚合物的組成

聚合物主要由單體、鏈節(jié)、聚合度、分子量（平均分子量）等組成。單體是指形成聚合物的小分子化合物。鏈節(jié)則是構(gòu)成聚合物的基本結(jié)構(gòu)單元。???—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—???

鏈段是高分子運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)單元，不是單鍵或鏈節(jié)、或整個(gè)分子，而是一些相聯(lián)系的鏈節(jié)。高分子的運(yùn)動(dòng)就是以鏈段的協(xié)同移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

聚合物3．聚合物的合成聚合物的合成是把低分子化合物（單體）聚合起來(lái)形成高分子化合物的過(guò)程。其所進(jìn)行的反應(yīng)為聚合反應(yīng)。分類：加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩類。1）加聚反應(yīng)

加聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。該反應(yīng)無(wú)副產(chǎn)物，因此生成的聚合物具有同單體相同的成分。僅為一種單體稱均加聚，不同單體稱共加聚。（1）均加聚丁二烯在催化劑的作用下可均加聚合成均聚物順丁橡膠。（2）共加聚丁二烯與苯乙烯單體，共加聚反應(yīng)合成共聚物丁苯橡膠。

丁二烯順丁橡膠丁二烯苯乙烯丁苯橡膠2）縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的同時(shí)還有低分子副產(chǎn)物析出的反應(yīng)。因此，生成的聚合物（縮聚物）與單體成分不同。該類反應(yīng)比加聚反應(yīng)復(fù)雜得多。僅為一種單體的縮聚反應(yīng)稱均縮聚，不同單體的縮聚反應(yīng)稱共縮聚（2）共縮聚尼龍66即為己二胺和己二酸縮聚合成己二酸己二胺尼龍665-4氨基乙酸尼龍65-5（1）均縮聚氨基己酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成聚酰胺6（尼龍6）4．聚合物鏈骨架的幾何形態(tài)1）線型

整個(gè)聚合物分子呈細(xì)長(zhǎng)線條狀，通常卷曲成不規(guī)則的線團(tuán)，但受拉伸時(shí)可以伸展為直線。乙烯類的高聚物，如高密度(低壓)聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。由于分子鏈間沒(méi)有化學(xué)鍵，能相對(duì)移動(dòng)，可在一定的溶劑中經(jīng)過(guò)溶脹階段溶解；可在加熱時(shí)經(jīng)過(guò)軟化過(guò)程而熔化，因而易于加工，可反復(fù)使用，并具有良好的彈性和塑性。2）支鏈型

在主鏈上有一些或長(zhǎng)或短的小支鏈，整過(guò)分子呈枝狀。具有該種結(jié)構(gòu)的有低密度（高壓）聚乙烯、接枝型ABS樹(shù)脂和耐沖擊型聚苯乙烯等。它們能在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙猓訜釙r(shí)也能熔融，但由于分子不易規(guī)整排列，分子間的作用力小，而對(duì)溶液的性質(zhì)有一定的影響。3）網(wǎng)狀型（梯形）分子鏈之間通過(guò)支鏈或化學(xué)鍵連成一起的所謂交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在空間呈網(wǎng)狀。硫化橡膠、熱固性塑料等均為交聯(lián)結(jié)構(gòu)。非常穩(wěn)定，不溶解于溶劑，也不能加熱熔融，具有良好的耐熱性、耐溶性、尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但彈性和塑性較低。如酚醛、環(huán)氧樹(shù)脂等（a）（b）（c）圖5-1高聚物的形狀示意圖5．聚合物分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)主要由氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種，其中固態(tài)又分為：晶態(tài)，即聚合物分子有序排列的狀態(tài)；

非晶態(tài)（無(wú)定型），即聚合物分子近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序的排列狀態(tài)；

混合態(tài)則為晶態(tài)與非晶態(tài)的混合態(tài)?；旌蠎B(tài)中，晶體部分所占的重量百分?jǐn)?shù)稱為結(jié)晶度。名稱代號(hào)密度/(kg/cm3)熔點(diǎn)/℃結(jié)晶度/%用途高壓聚乙烯（低密度支型）LDPE0.91~0.9410560~70薄膜低壓聚乙烯（高密度線型）HDPE0.94~0.9713595瓶、罐、棒6.聚合物的結(jié)晶度聚合物的結(jié)晶度與聚合物的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，主要因素有：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)整度高、對(duì)稱性好的大分子容易結(jié)晶。如聚乙烯分子鏈具有簡(jiǎn)單、對(duì)稱的—CH2—CH2—結(jié)構(gòu)單元，故容易形成晶體。然而晶態(tài)聚乙烯被氯化而生成氯化聚乙烯時(shí)，由于分子鏈結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性被打破，以及CHCl基團(tuán)的體積比CH2大，結(jié)晶能力降低，故氯化聚乙烯具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。2）等規(guī)聚合物的結(jié)晶能力強(qiáng)。一般而言，主鏈上的取代基較小時(shí)易結(jié)晶，具有較大側(cè)基的聚合物難結(jié)晶。3）縮聚物均能結(jié)晶。一般縮聚物的主鏈上不存在不對(duì)稱的碳原子，故主鏈總是規(guī)整的；另外，大分子主鏈上往往有極性基團(tuán)，使分子間有較大的作用力，甚至產(chǎn)生氫鍵；這些均有利于結(jié)晶和晶體的穩(wěn)定性。故聚酰胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯都是很好的晶態(tài)高聚物。7．聚合物的力學(xué)狀態(tài)TgTfTd玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)形變溫度三種力學(xué)狀態(tài)：Tg-以下形變小，彈性模量高，剛硬，處于玻璃態(tài)Tg-以上形變大，彈性模量顯著降低，高聚物極富有彈性，處于橡膠態(tài)Tf-以上，彈性模量進(jìn)一步降低，高聚物粘性流動(dòng)，處于粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)的意義：塑料：室溫下處于玻璃態(tài)的高聚物稱為塑料橡膠：室溫下處于橡膠態(tài)的高聚物稱為橡膠流動(dòng)樹(shù)脂：室溫下處于粘流態(tài)的高聚物稱為流動(dòng)樹(shù)脂（膠粘劑）1）線型無(wú)定型（非晶態(tài)）高聚物的三種力學(xué)狀態(tài)2）晶態(tài)高聚物的力學(xué)狀態(tài)（線型）(1)一般分子量的晶態(tài)高聚物有明確的熔點(diǎn)。熔點(diǎn)以下變形小，為強(qiáng)硬的晶體狀態(tài)，無(wú)鏈段運(yùn)動(dòng)，故無(wú)高彈態(tài)，高于Tm進(jìn)入粘流態(tài)。共有兩態(tài)：晶態(tài)，粘流態(tài)。(2)分子量較大的晶態(tài)高聚物具有一般分子量高聚物的相同熔點(diǎn)Tm，但高于Tm點(diǎn)后分子轉(zhuǎn)為無(wú)規(guī)排列，因鏈長(zhǎng)，還不能進(jìn)行整個(gè)分子的滑動(dòng)，只能發(fā)生鏈段的運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)高彈態(tài)，當(dāng)溫度升至Tf時(shí)，進(jìn)入粘流態(tài)。共有三態(tài)：晶態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。(3)非完全晶態(tài)的高聚物有無(wú)定型區(qū)、有鏈段運(yùn)動(dòng)的可能。存在玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。3）體形高聚物的力學(xué)狀態(tài)輕度交聯(lián)時(shí)，因阻力小，有鏈段運(yùn)動(dòng)，有玻璃態(tài)和高彈態(tài)。但交聯(lián)無(wú)法流動(dòng)，故無(wú)粘流態(tài)。當(dāng)交聯(lián)程度增加，交聯(lián)點(diǎn)間距離變短，鏈段運(yùn)動(dòng)的阻力增加，玻璃化溫度提高，高彈區(qū)縮??；當(dāng)交聯(lián)程度增加到一定值時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)消失，僅有玻璃態(tài)。高分子材料主要有三種：（1）合成塑料：以合成樹(shù)脂為主要原料，加入添加劑形成，可在加熱、加壓條件下塑造成一定形狀的產(chǎn)品，因是塑造成型故稱塑料。

合成樹(shù)脂主要有酚醛樹(shù)脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，決定塑料的主要性能，同時(shí)還起到粘接劑作用；

添加劑主要包括填料、固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑、阻燃劑等，對(duì)塑料起改性作用。（2）合成橡膠：由生膠煉成，橡膠屬于完全無(wú)定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，分子量往往很大，甚至大于幾十萬(wàn)。有線型、支鏈和交聯(lián)三種典型結(jié)構(gòu)。

（3）合成纖維：由樹(shù)脂紡絲、反應(yīng)而成橡膠或塑料可作為基體制備高聚物基復(fù)合材料，而應(yīng)用最多的高聚物基體則為樹(shù)脂。三、常用聚合物基體1．分類：按熱加工特性：聚合物基體分為熱固性樹(shù)脂與熱塑性樹(shù)脂兩大類。其中熱固性樹(shù)脂包括：不飽和樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚丙烯樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等；熱塑性樹(shù)脂包括：聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮等。若按工藝分為：手糊用樹(shù)脂、噴射用樹(shù)脂、膠衣用樹(shù)脂等；按用途則分為：耐熱樹(shù)脂、耐候性樹(shù)脂、阻燃樹(shù)脂等。2．基體的選擇原則：1）滿足使用性能；2）對(duì)增強(qiáng)體有良好的潤(rùn)濕性和粘結(jié)性；3）合適的粘度和流動(dòng)性；4）固化條件適當(dāng)，即室溫、中溫、無(wú)壓或低壓下固化；5）制品脫模性好；6）價(jià)格合理等。3．熱固性樹(shù)脂基體不飽和樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚丙烯樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等；4．熱塑性樹(shù)脂基體聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮等。謝謝！再見(jiàn)！聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

知識(shí)點(diǎn)2-預(yù)浸料制備工藝主要內(nèi)容：預(yù)浸料制備工藝概述常見(jiàn)預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體一二三預(yù)浸料的制備工藝1.預(yù)浸料：預(yù)浸料是以樹(shù)脂基體預(yù)先浸漬連續(xù)單向纖維或織物的方式來(lái)制備，是一種處于原材料和復(fù)合材料之間的連續(xù)性的中間材料（半成品）2.預(yù)浸料分類：（1）按照增強(qiáng)材料的紡織形式可分為預(yù)浸帶、預(yù)浸布、無(wú)紡布等；（2）按纖維的排列方式可分為：?jiǎn)蜗蝾A(yù)浸料和織物預(yù)浸料之分；（3）按纖維類型可分為：玻璃纖維預(yù)浸料、碳纖維預(yù)浸料和有機(jī)纖維預(yù)浸料等。一般預(yù)浸料在18℃下存儲(chǔ)以保證使用時(shí)具有合適的黏度、輔覆性和凝膠時(shí)間等工藝性能，聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)及化學(xué)性能在很大程度上取決于預(yù)浸料的質(zhì)量。一、預(yù)浸料制備工藝概述：二、常見(jiàn)預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體

增強(qiáng)體纖維織物碳纖維玻璃纖維芳綸纖維碳纖維織物玻璃纖維織物芳綸纖維織物混雜纖維織物高強(qiáng)碳纖維中模量碳纖維高模量碳纖維超高模量碳纖維E玻璃纖維R玻璃纖維S玻璃纖維Kevlar29Kevlar49Kevlar149基體熱固性樹(shù)脂熱塑性樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂氰酸酯樹(shù)脂雙馬來(lái)酰亞胺聚酰亞胺聚砜聚醚砜聚苯硫醚聚醚酰亞胺聚醚醚酮圖1預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體1）熱固性預(yù)浸料的制備分類：按照浸漬設(shè)備或制造方式的不同，分輥轂纏繞法和陳列排布法。按照浸漬樹(shù)脂狀態(tài)可分濕法（溶液浸漬法）和干法（熱熔法）。三、預(yù)浸料的制備工藝

溶液法（濕法）樹(shù)脂溶液用溶劑配制成一定濃度操作簡(jiǎn)單樹(shù)脂含量難以控制熱熔法（干法）一步法：樹(shù)脂+纖維熱壓兩步法：樹(shù)脂膜+纖維熱壓樹(shù)脂含量可精確控制污染少，生產(chǎn)效率高，工藝性好圖2輥轂纏繞法工藝原理圖（臥式）基本原理見(jiàn)圖1，將樹(shù)脂基體各組分按規(guī)定的比例溶解于低沸點(diǎn)的溶劑中，使之成為一定濃度的溶液，然后將纖維束或織物以規(guī)定的速度通過(guò)基體溶液，使其浸漬上定量的基體溶液，并通過(guò)加熱除去溶劑，使樹(shù)脂得到合適的粘性。纖維束經(jīng)過(guò)幾組導(dǎo)向輥，去除多余的樹(shù)脂，隨后纏繞在輥筒上，沿輥筒縱向切開(kāi)，可獲得一張單向的預(yù)浸料。很顯然，溶液浸漬法是一種濕法工藝。（1）溶液浸漬法

溶液浸漬法可使纖維增強(qiáng)體浸透，可制薄型或厚型預(yù)浸料，且設(shè)備造價(jià)低廉。預(yù)浸料有溶劑殘留，成型時(shí)易形成孔隙，影響復(fù)合材料的性能。

圖3溶液浸漬法立式浸漬過(guò)程示意圖

多束纖維或織物的浸漬工藝過(guò)程：從紗架引出纖維束，調(diào)整張力，使之基本相等，整徑、分散和展平，進(jìn)浸膠槽浸漬，再擠膠去除多余的樹(shù)脂、入烘箱揮發(fā)溶劑，再經(jīng)檢測(cè)裝置檢查樹(shù)脂含量和預(yù)浸料質(zhì)量，最后用隔離紙或壓花聚乙烯薄膜覆蓋收卷。多束纖維或織物的浸漬可采用臥式或立式預(yù)浸機(jī)，前者占地面積大，加熱通道距離長(zhǎng)，工藝控制相對(duì)困難，因此，目前采用立式如圖3所示。（2）熱熔法根據(jù)工藝步驟的差異可分為直接熔融法和膠膜壓延法兩種（無(wú)樹(shù)脂溶槽）。

①直接熔融法工藝見(jiàn)圖4所示，樹(shù)脂熔融后由漏斗漏到隔離紙上，刮刀使之均勻分布，經(jīng)導(dǎo)向輥與整徑后的平行纖維或織物疊合，再通過(guò)熱轂使樹(shù)脂熔融浸漬纖維，經(jīng)輥壓充分浸漬，冷卻收卷。圖4直接熔融法工藝示意圖

膠膜壓延法的工藝示意圖如圖5所示，與直接熔融法相似，一定數(shù)量的纖維束經(jīng)整理排布后，加于膠膜之間，成夾心狀，在通過(guò)加熱輥擠壓，使纖維浸嵌在樹(shù)脂膜中，最后加隔離紙載體壓實(shí)至收卷筒。優(yōu)點(diǎn)：較熱熔法效率高、樹(shù)脂含量易控制、沒(méi)有溶劑，工藝安全、預(yù)浸料的外觀質(zhì)量高；不足：是厚度大的織物難以浸透、高粘度樹(shù)脂難以浸漬纖維。圖5膠膜壓延法的工藝示意圖②膠膜壓延法2）熱塑性預(yù)浸料制備

熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)較高，一般高于300℃，黏度大，且隨溫度變化很小，故制備方法不同于熱固性預(yù)浸料。按照樹(shù)脂狀態(tài)的不同，熱塑性預(yù)浸料制備可分為（1）預(yù)浸漬技術(shù)預(yù)浸漬技術(shù)包括溶液預(yù)浸和熔融預(yù)浸兩種，其特點(diǎn)是預(yù)浸料樹(shù)脂能完全浸漬纖維。（2）后浸漬技術(shù)后預(yù)浸技術(shù)包括膜層疊、粉末浸漬、纖維混雜、纖維混編等，其特點(diǎn)是浸漬料中樹(shù)脂以粉末、纖維成包層等形式存在，對(duì)纖維的完全浸漬要在復(fù)合材料成型過(guò)程中完成。①溶液浸漬：類似于熱固性樹(shù)脂的濕法浸漬技術(shù)進(jìn)行浸漬，即先形成溶液、然后浸漬，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是可使纖維完全被浸漬，并獲得良好的纖維分布，可采用熱固性樹(shù)脂的設(shè)備和浸漬工藝，因此該工藝的特點(diǎn)也與熱固性樹(shù)脂濕法浸漬技術(shù)相似。注意該法只適用于可溶性樹(shù)脂（加溶劑），而溶解性差的樹(shù)脂應(yīng)用受到限制。②熔融浸漬：將樹(shù)脂熔融，擠出到專用的模具中，纖維通過(guò)后經(jīng)輥壓制成預(yù)浸料，見(jiàn)圖6。該法簡(jiǎn)單有效，適合所有的熱塑性樹(shù)脂，但要使高粘度的熔融態(tài)樹(shù)脂在較短的時(shí)間內(nèi)完全浸漬纖維是相當(dāng)困難的，這需要樹(shù)脂的熔體黏度要盡可能的低，且在高溫浸漬時(shí)的穩(wěn)定性要好。圖6熔融浸漬預(yù)浸料示意圖（1）預(yù)浸漬技術(shù)①膜層疊：將基體制成薄膜與增強(qiáng)體纖維編織物（見(jiàn)圖7），按一定要求排布后一起受熱、受壓，基體薄膜熔化，從而浸漬增強(qiáng)纖維編織物，制成平板或其他一些形狀簡(jiǎn)單制品的方法。增強(qiáng)體一般采用編織物，使之在高溫、高壓浸漬過(guò)程中不易變形，該工藝適用性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。圖7膜層疊法制備預(yù)浸料結(jié)構(gòu)示意圖（2）后浸漬技術(shù)②粉末浸漬：將基體以粉末的形式與增強(qiáng)體纖維混合，或?qū)⒎勰┚鶆蛑萌肜w維編織物的縫隙中，通過(guò)加熱、加壓、保溫等過(guò)程，使基體粉末熔化并浸漬纖維的方法。該法制備的預(yù)浸料具有一定的柔軟性，輔層工藝性好，比層膜疊工藝的浸漬質(zhì)量高，成型工藝性好，是一種被廣泛采用的制備方法。③纖維混雜：先將基體紡成纖維，再與增強(qiáng)體纖維混編（見(jiàn)圖8），或與基體共同紡成混雜纖維，受熱時(shí)基體纖維熔化，從而浸漬增強(qiáng)纖維。該工藝簡(jiǎn)單，預(yù)浸料有柔性，易于輔層操作，但與層膜疊工藝一樣，在成型階段需要足夠高的溫度、壓力及足夠的時(shí)間，且浸漬難以完全。圖8增強(qiáng)體纖維與熱塑性樹(shù)脂纖維的混紡和混編形謝謝！再見(jiàn)！聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

主要內(nèi)容：聚合物基復(fù)合材料制備工藝概述一二知識(shí)點(diǎn)3-聚合物基復(fù)合材料制備工藝高聚物基復(fù)合材料的制備工藝種類三高聚物基復(fù)合材料的制備工藝一、聚合物基復(fù)合材料制備工藝概述：1）制備過(guò)程：兩階段即成型+固化2）制備工序包括：①預(yù)浸料的制造②制件的輔層③固化④制件的后處理與機(jī)械加工等3）制備工藝特點(diǎn)：它不同于其它復(fù)合材料的制備，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）聚合物基復(fù)合材料的制備過(guò)程與制品的成型可同時(shí)完成，也就是說(shuō)材料的制備過(guò)程即為產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。（2）聚合物基復(fù)合材料的成型方便。聚合物在成型時(shí)可利用基體的流動(dòng)性和纖維增強(qiáng)體的柔軟性，方便地在模具中成型。一種復(fù)合材料可采用多種不同的工藝成型。二、高聚物基復(fù)合材料的制備工藝種類常見(jiàn)有16種：（1）手糊成型（9）注射成型（2）真空袋壓法成型（10）擠出成型（3）壓力袋成型（11）纖維纏繞成型（4）樹(shù)脂注射和樹(shù)脂傳遞成型（12）拉擠成型（5）噴射成型（13）連續(xù)板材成型（6）真空輔助注射成型（14）層壓或卷制成型（7）夾層結(jié)構(gòu)成型（15）熱塑性片裝模塑料熱沖壓成型（8）模壓成型（16）離心澆鑄成型1.手糊成型工藝手糊成型工藝是最早采用和最簡(jiǎn)單的方法，其工藝流程及示意見(jiàn)圖1和2。

模具準(zhǔn)備樹(shù)脂膠液配制增強(qiáng)材料準(zhǔn)備涂脫模劑手糊成型固化脫模后處理檢驗(yàn)制品手糊成型工藝流程圖圖1手糊成型工藝示意圖三、聚合物基復(fù)合材料制備工藝傳統(tǒng)手工成型最常用的樹(shù)脂是能在室溫固化的聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂。優(yōu)點(diǎn)：（1）不受尺寸限制，特別適用于尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品生產(chǎn)，如衛(wèi)星拋物面天線及太陽(yáng)能電池帆板等，見(jiàn)圖3；（2）設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉；（3）工藝簡(jiǎn)單；（4）易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；（5）制品樹(shù)脂含量高，耐腐蝕好。不足：（1）生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；（2）質(zhì)量不易控制；（3）產(chǎn)品力學(xué)性能較低。

圖2手糊成型工藝應(yīng)用拋物面天線（a）；太陽(yáng)能電池帆板（b）（a）（b）2.模壓成型工藝制模閉模配料灌注加熱熔化形成模制品再加熱交聯(lián)固化或冷卻使熱塑性樹(shù)脂硬化脫模檢驗(yàn)制品

模壓成型流程圖優(yōu)點(diǎn)：（1）高效；（2）尺寸準(zhǔn)；（3）表面光潔；（4）無(wú)需二次加工；（5）重復(fù)性好；（6）易機(jī)械化。圖3模壓成型示意圖（a）汽車保險(xiǎn)杠（b）整體浴室圖4模壓成型工藝的應(yīng)用不足：（1）模具設(shè)計(jì)復(fù)雜；（2）壓機(jī)的投資成本高；（3）工件尺寸不宜大等。3.噴射成型工藝工藝流程如圖

玻璃纖維無(wú)捻粗紗加熱模具脫模固化輥壓噴射成型靜態(tài)混合切割噴槍促進(jìn)劑聚酯樹(shù)脂引發(fā)劑噴射成型工藝：是用噴槍將纖維和霧化樹(shù)脂同時(shí)噴射到模具表面，經(jīng)輥壓、固化的方法分類：槍內(nèi)混合和槍外混合槍內(nèi)混合：低壓、樹(shù)脂和固化劑；槍外混合：短切纖維和樹(shù)脂，并稱之為低壓無(wú)氣噴射成型。對(duì)原料的要求：如樹(shù)脂體系的黏度應(yīng)適中，使樹(shù)脂易于霧化、脫除氣泡和潤(rùn)濕纖維以及不帶靜電等。特點(diǎn)：使用的模具與手糊法類似，而勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，生產(chǎn)效率顯著提升，并能制作大尺度、形狀復(fù)雜的制品。不足：在形狀復(fù)雜制品的厚度和纖維含量較難精確控制，樹(shù)脂含量一般在60%以上，孔隙率較高，制品強(qiáng)度較低，施工現(xiàn)場(chǎng)污染和浪費(fèi)較大。應(yīng)用：常用于制作浴盆、汽車殼體、船身、舞臺(tái)道具、容器、安全帽等。

拉擠成型是將浸漬過(guò)的樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置的作用下通過(guò)成型模定型，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長(zhǎng)度不受限制的復(fù)合材料型材的方法。整個(gè)裝置主要由基體浸漬裝置、預(yù)成型模、主成型模加熱裝置、牽引裝置和切斷裝置等五個(gè)部分組成。

圖5為拉擠成型工藝示意圖。4.拉擠成型工藝?yán)瓟D成型應(yīng)用：該工藝可適用于熱固性和熱塑性基體復(fù)合材料的成型。熱固性基體主要有：聚酯樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂及環(huán)氧樹(shù)脂和改性丙烯酸樹(shù)脂等。熱塑性基體主要有：ABS、PA、PC、PEC、PEEK等。特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；（2）增強(qiáng)材料一般在40-80%，能充分發(fā)揮增強(qiáng)體的作用；（3）加工量少；（4）生產(chǎn)過(guò)程中的樹(shù)脂損耗少；（5）制品的縱向與橫向強(qiáng)度可以調(diào)整；（6）長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行切割等。圖5-23為各種拉擠成型的型材。圖6各種拉擠成型的復(fù)合材料型材連續(xù)纏繞工藝是將浸過(guò)樹(shù)脂液的纖維或布帶，按照一定的規(guī)律纏繞在芯模上，然后固化成型的一種復(fù)合材料制備工藝。原理：纖維通過(guò)樹(shù)脂槽后，用軋輥除去纖維中多余的樹(shù)脂。為改善工藝性能和防止纖維表面損傷，也可在纖維表面涂覆一層半固化的樹(shù)脂，或直接使用預(yù)浸料。纖維纏繞方式和角度由計(jì)算機(jī)控制。纏繞達(dá)到預(yù)定厚度后，根據(jù)所選用的樹(shù)脂類型，在室溫或加熱箱中固化、脫模獲得復(fù)合材料。圖7連續(xù)纏繞工藝原理示意圖5.連續(xù)纏繞工藝?yán)w維纏繞成型根據(jù)基體的浸漬狀態(tài)，連續(xù)纏繞工藝可分為干、濕兩種，其流程見(jiàn)圖8。濕法纏繞是將增強(qiáng)材料浸漬液態(tài)基體和纏繞成型相繼連續(xù)進(jìn)行。干法纏繞又稱預(yù)浸帶纏繞，為浸漬工藝和纏繞成型分別進(jìn)行。

紗團(tuán)浸膠絡(luò)紗烘干膠紗紗錠張力控制縱、環(huán)向纏繞膠液配制固化脫模打磨噴漆成品芯模制造濕法纏繞成型工藝縱、環(huán)向纏繞集束張力控制加熱粘流干法纏繞成型工藝圖8干、濕法連續(xù)纏繞工藝流程圖纏繞工藝的優(yōu)點(diǎn)：（1）纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度均較高；（2）可實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的增強(qiáng)作用；（3）結(jié)構(gòu)合理，比強(qiáng)度、比模量高；（4）質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。不足：是設(shè)備投資大。（a）（b）圖9纏繞中的壓力容器（a）與管材（b）適用于熱塑性和熱固性復(fù)合材料，但熱塑性應(yīng)用最為廣泛。原理類似于金屬的壓鑄。其特點(diǎn)是精度高、生產(chǎn)周期短、效率較高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、除了氟樹(shù)脂外，幾乎所有的熱塑性樹(shù)脂均可采用該法進(jìn)行注射成型。

圖10注射成型工藝過(guò)程示意圖

6.注射成型工藝43最大注射壓力2.5MPa最大注射溫度135℃溫度控制部位樹(shù)脂存儲(chǔ)罐，加熱烘箱，管道，注射槍可連續(xù)監(jiān)控的工藝參數(shù)壓力、溫度、時(shí)間、注射速度、樹(shù)脂注入量計(jì)算機(jī)控制設(shè)備及軟件已配備7.樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝

圖11樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝示意圖

特點(diǎn)：（1）設(shè)備投資少，可采用低噸位壓機(jī)、并能生產(chǎn)較大制品；（2）制品表面光滑、尺寸穩(wěn)定，容易組合；（3）可有加強(qiáng)筋、鑲嵌物和附著物，設(shè)計(jì)靈活；（4）制模時(shí)間短，短期內(nèi)即可投產(chǎn)；（5）對(duì)樹(shù)脂和填料的適用性廣泛；（6）生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低、原料消耗少；（7）產(chǎn)品后加工量少；（8）閉模成型，單體（苯乙烯）揮發(fā)少，環(huán)境污染小。廣泛應(yīng)用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航天飛機(jī)等領(lǐng)域。是一種閉模成型工藝謝謝！聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

主要內(nèi)容：聚合物基復(fù)合材料的性能聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用一二知識(shí)點(diǎn)4-聚合物基復(fù)合材料性能與應(yīng)用1.靜態(tài)拉伸力學(xué)性能圖1為典型復(fù)合材料及低碳鋼的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料一般是完全彈性的，沒(méi)有屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由圖可以看出，聚合物基復(fù)合材料的斷裂應(yīng)變一般較小，與金屬相比，斷裂功小、韌性差。測(cè)量在拉伸載荷下復(fù)材抵抗變形及斷裂的能力一、聚合物基復(fù)合材料的性能纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能主要受基體控制由圖可知，聚酰亞胺和耐熱熱塑性基體復(fù)合材料具有最好的高溫性能，不飽和聚酯復(fù)合材料耐熱性能較低。半晶聚合物（如PEEK等）復(fù)合材料在其玻璃化溫度區(qū)間性能出現(xiàn)明顯下降但在其后比較高的溫度（240℃）以上時(shí)仍保持足夠高的性能。圖2FRP在高溫下彎曲模量保持率圖3FRP在高溫下彎曲強(qiáng)度保持率2.高溫彎曲性能3.彎曲疲勞性能圖5三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)裝置彎曲疲勞性能的影響因素：包含材料本身及實(shí)驗(yàn)參數(shù)兩大部分。材料本身：纖維類型、體積分?jǐn)?shù)、基體種類、纖維排布、界面性質(zhì)等；實(shí)驗(yàn)參數(shù)：載荷形式、應(yīng)力交變頻率、載荷的對(duì)稱系數(shù)、環(huán)境條件等。

4.沖擊韌性韌性的指標(biāo)有三種：

韌性指數(shù)DI定義為：裂紋擴(kuò)展能與裂紋引發(fā)能之比。對(duì)于完全脆性材料該值為0，值愈大韌性愈好。聚合物基復(fù)合材料的能量吸收包括：纖維破壞、基體變形、纖維脫粘、纖維拔出、分層裂紋等過(guò)程。圖9多種不同材料的斷裂韌性與比強(qiáng)度的關(guān)系1沖擊強(qiáng)度2斷裂韌性3沖擊后壓縮強(qiáng)度。1）納米管橫跨在基體裂紋中間，阻止了基體裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展，提高斷裂韌性、斷裂強(qiáng)度2）CNT添加到環(huán)氧樹(shù)脂基體中，其碳纖維復(fù)合材料的斷裂韌性和低溫抗微裂紋的能力明顯提高3）若在PA6中添加CNT，可提高PA6的彈性模量，從而提高玻璃纖維增強(qiáng)PA6基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度。PA(polyamide)聚酰胺圖4CNT提高多尺度混雜復(fù)合材料斷裂韌性和力學(xué)性能的原理示意圖性能舉例二、聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用

將先進(jìn)復(fù)合材料用于航空航天結(jié)構(gòu)可相應(yīng)減重20～30%，這是其他先進(jìn)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的效果，因此其在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，繼鋁、鋼、鈦之后，已迅速發(fā)展成四大航空航天結(jié)構(gòu)材料之一。1.應(yīng)用趨勢(shì)圖8國(guó)內(nèi)先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在不同飛機(jī)的應(yīng)用高比強(qiáng)度和比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、便于大面積整體成型等特點(diǎn)，已經(jīng)成為繼鋁合金、鈦合金和鋼之后最重要的航空結(jié)構(gòu)材料之一，在航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。聚合物基復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)15％～30％減重效益。聚合物基復(fù)合材料的用量已經(jīng)成為航空結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。如碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料在波音787中的使用量已上升至重量的50%，而波音777僅12%斷裂韌性雖比金屬低，但其比強(qiáng)度無(wú)以倫比，綜合性能最為優(yōu)