复合材料精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的复合材料主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：复合材料范文

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

第2篇：复合材料范文

除固体火箭发动机壳体、压力容器等回转体结构以缠绕工艺制造为主外，对行器重要复合材料结构主要还是以热压罐工艺生产，并围绕该工艺出现了各种整体化成型技术和自动化制造技术［1］。

1．1数字化制造技术

数字化制造是当今世界制造业发展的趋势，近年来，数字化以其柔性好、响应快、质量高、成本低，正逐渐成为先进制造技术的核心［2］。在传统的复合材料研制模式中，设计、分析及制造之间的数据是通过模拟量传递，构件质量在很大程度上依赖于工人的经验和熟练程度。而通过在复合材料构件研制过程中引入数字化技术，可以保证设计、分析、制造数据源的唯一，做到复合材料CAD／CAE／CAM一体化，便于数字量传递，减少研制时间，加快研制进度。复合材料构件数字化制造过程涉及到的技术主要包括：可制造性分析、复合材料构件铺层展开、模具和夹具的快速设计、模架的选型及快速设计、工装零组件的快速装配技术、铺层排样技术、数控下料技术、激光定位技术、成型工艺的仿真及优化技术、工程数据管理系统、数据传递接口技术等［3］。以美国为首的西方发达国家首先采用了数字化技术。这项技术以全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了复合材料传统的设计与制造方式，大幅度提高了制造技术水平［4］。目前，世界先进的飞机制造商已经利用数字化技术实现了飞机的“无纸化”设计和生产，美国波音公司在Boeing777和洛克希德•马丁公司在F35研制过程中，采用数字制造技术与传统方式相比，研制周期缩短了2／3，研制成本降低了50％，开辟了航空数字化制造的先河［5］。中国中航工业集团针对某机型复合材料制件的生产［6］，建立了中国首个航空复合材料制件的数字化技术生产系统，依托数字化技术和数据库系统的支撑，通过数据库与生产线的数据交换接口系统，实现数据库与数字化生产线对接，将产品结构设计、车间MES系统、工装设计生产、固化成型、无损检测、装配等实现数字化，并将各环节的软件接口进行对接，打通了复合材料制件数字化制造过程，起到提高产品质量、缩短研制周期，进一步减轻结构质量的目的。在中国民用飞机研制中也将复合材料构件设计制造技术与数字化技术相结合，以实现复合材料构件设计与制造各环节数字化、数据流畅通和复合材料构件在并行工作模式下的设计、工艺、制造、检测全过程的集成，促进飞机复合材料构件的大面积使用和降低制造成本。

1．2自动化制造技术

采用预浸料／热压罐工艺制备复合材料结构，首先需要按设计要求将一定尺寸、形状、数量的预浸料在模具上铺叠成层合结构的坯料，然后再将其放入热压罐中固化。预浸料坯料，即预浸料预成型体的制备是整个制造过程中周期最长、劳动强度最大的工艺环节，也是决定复合材料制造质量的关键。传统的预浸料／热压罐工艺采用下料、人工铺贴、预压实的方式进行预浸料预成型体的制备，存在时间长、成本高、工艺质量不易控制、大型制件难以制造等问题。因此如何实现预浸料预成型体的机械化、自动化制造成为了复合材料结构低成本高品质制造技术的核心［7］，近些年涌现出自动铺放技术、热隔膜技术、机械变形成型技术等，在极大提高生产效率的同时，保证了成型质量的稳定性。1．2．1自动铺放技术自动铺放技术包括自动铺丝（AFP）和自动铺带（ATL），共同特点是使用预浸料实现预成型体的数字化、自动化制造。ATL技术主要用于机翼壁板等小曲率、平面类结构成型，AFP技术主要用于机身等大曲率复杂结构成型。自动铺带技术集预浸料裁剪、定位、铺贴、压实等于一体，其自动化成型CAD／CAM技术涉及原材料选择、材料设计、产品结构与铺层设计、线型设计、工艺制度设计、运动参数计算、成型加工与检测、模具技术等多方面［8］。根据复合材料预浸带的特性，自动铺带CAD／CAM软件开发中都要遵循“自然路径”的概念［9］，否则会出现纤维的褶皱、预浸带难以贴合模具表面以及预浸带之间留下缝隙等缺陷；而自动铺丝技术中，各预浸纱独立输送，不受自动铺带中“自然路径”轨迹限制，铺放轨迹自由度更大，甚至可实现连续变角度铺放，但不同的铺放轨迹可能会影响生产效率以及制件的成型质量。由此可见，对于自动铺放工艺，铺放轨迹的设计是控制工艺质量的核心，而通过计算机模拟铺放过程，定义并优化铺放轨迹是主要途径。美国Cincinnati公司［10］以CATIA为基础开发的ACRAPATH可实现离线的模型导入、轨迹生产、后处理、仿真和代码生成等功能；VISTAGY［11］公司的FiberSIM软件不仅能够实现调用工程软件中的铺放模型，而且还能够自动生成铺带代码文件，兼容常见的CATIA、NX和ProE等工程软件；西班牙M－Torres公司以CATIA为基础开发了方便编程的CAD／CAM软件模块；法国Forest－line公司采用法国纯粹和应用数学中心（CIMPA）SA注册的TapeLay软件设计并集成到CATIAV5的CAM模块，能够实现铺带轨迹规划线型的比较与仿真［12］。国内相关方面研究起步相对较晚，主要是样机研制、产品试制以及技术储备阶段。在自动铺带方面，肖军等［13］根据微分几何理论证明了在可展曲面上“自然路径”与测地线的等价，并基于AutoCAD环境，应用弧长展开变换方法构造了柱面铺带轨迹算法，开发了具有机器代码生成的仿真软件，能够实现给定形状、给定铺层构件的铺带轨迹生成、后置处理与加工指令生成。在自动铺丝方面，肖军等［14］开发了基于OpenGL的自动铺丝运动模拟设计与仿真软件和基于CATIA的自动铺丝CAD／CAM软件原型，选取初始参考线，构建适当的曲面等距平移进行轨迹规划和选取合适的参考轴线，并构造曲面与该轴线固定角度的迭代格式。同时，韩振宇等［15］研究并开发了能够实现仿真纤维铺放路径规划的软件系统，利用平行投影定理实现铺放轨迹在网格单元共享顶点处良好衔接，提出并验证了等距偏置算法。1．2．2基于自动铺带的曲率结构成型技术航空复合材料中加筋壁板结构十分常见，其筋条由于曲率加大，难以直接采用自动铺带工艺制备，而采用自动铺丝工艺效率偏低。为此常采用自动铺带工艺先制备平板预浸料坯料，然后采用热隔膜工艺或机械变形工艺将其成型为带曲率预制件，可以得到L型、C型、I型等筋条。1）热隔膜成型工艺对于复合材料，热隔膜工艺［16］最初是用于热塑性复合材料的制造，而后发展为带曲率热固性复合材料预制件的重要成型方法。该技术先将自动铺带机或人工铺覆成的平板结构放置于热隔膜成型机上，平板结构表面覆盖一种延展性和强度较高的隔膜，在隔膜内部抽真空，利用负压和红外辐射加热，将平板结构整体贴合模具成型，从而压实成具有曲面结构的预制件，如图1所示。工艺过程中复合材料受热温度较低，未发生明显固化，因此需再用热压罐等工艺进行固化。该方法非常适合于大型曲面复杂件，如梁和长桁的制造，预成型型面精度容易控制，并且自动化程度高，劳动力成本低。热隔膜成型过程中预浸料铺层之间、预浸料与模具表面以及预浸料与热隔膜之间均发生着复杂的摩擦行为，还涉及到红外加热、模具预加热带来的温度场变化，需要控制合理的预浸料滑移量和滑移速度，才能避免预制件中发生纤维褶皱等缺陷。作者团队［16－18］针对热固性单向带，研究了热隔膜成型过程中C型预成型体和模具温度的变化规律以及成型温度、预成型体尺寸、成型速率对试件表面质量和内部缺陷的影响，并建立了预浸料滑移摩擦力测试方法，发现通过调控工艺温度和抽真空速率，可以改变预浸料滑移摩擦力的大小和滑移量，最终影响复合材料的工艺质量。借助计算机模拟技术，可以分析热隔膜工艺中温度场和预浸料的滑移状态。如Pantelakis和Baxevani［19］研究了热隔膜工艺的产品质量及成本的最优条件；Labeas等［20］通过有限元方法研究了红外辐射加热对热隔膜成型过程温度分布的影响；Smiley和Pipes［21］通过数值模拟分析了热塑性复合材料在隔膜成型过程中的变形行为；Krebs［22］和Mallon［23］等对碳纤维／PEEK复合材料双隔膜成型过程进行了研究，考虑了包括模具形状、层板厚度、铺层方式、隔膜种类等在内的影响成型质量的因素，并进一步分析了预浸料铺层的滑移变形过程。下一步研究趋势应为实现热隔膜成型全过程的有限元模拟，包括温度变化情况以及变形过程应力分布的预报。2）机械变形成型工艺机械方式的变形成型工艺，其实质是热隔膜成型工艺的发展。热隔膜在成型时只有一个真空负压的作用，难以成型厚度较大的层板，而采用机械压力则可以完成厚层板的变形，得到带曲率预成型体。该技术依然是利用自动铺带技术将预浸料铺叠成平板，然后利用机械的方式将平板贴向具有一定曲面构型的模具，预浸料平板一端被设备对压运动机构固定，另一端放置在成型机构端的上下加热片间，加热后，预浸料层在设备下压运动的机械作用下成型成L型制件，并可通过对压运动机构的相对运动成型成T型制件，最后利用热压罐等工艺固化得到制件成品。机械方式的变形成型工艺易于工厂自动化生产和流水线作业，对提高梁结构制件的生产效率具有重要意义。这类成型工艺最早曾用于制造westland30－300直升机的热塑性基体复合材料水平安定面。目前，空客已将机械方式的变形成型工艺运用到A350XWB机翼长桁的自动化生产线上。

1．3整体化成型技术

易于实现大面积整体成型是复合材料制造的显著特点之一，对行器结构而言，大面积整体成型复合材料在满足结构总体性能要求的前提下，可以大幅减少零件与紧固件数目，从而减轻结构质量、降低成本，特别是装配成本，这是美国CAI计划解决的主要关键技术之一。1）基于热压罐成型的共固化技术对于热压罐工艺而言，整体成型的关键是共固化／共胶接（Cocured／Cobonded）技术。在国防和民用飞行器方面，复合材料大面积整体成型技术均发展迅速，获得了显著效益，如F－22和F－35机翼均由4块整体成型机翼壁板构成，B－2外翼由两块大的外翼蒙皮构成；大型客机方面，A380中央翼、Boeing787机身和机翼、空客A350XWB机翼都采用了复合材料整体化结构［24］。目前对于大型复杂构件，如大尺寸变厚度结构、多筋厚蒙皮结构和整体框、梁等结构的整体成型技术，如何实现大型复合材料构件整体化成型与结构设计分析相结合，提高质量控制精度是目前的研究重点。此外，结合自动铺放技术的整体化成型技术已成为航空复合材料结构的首选工艺。例如Boeing787的所有翼面及翼盒构件均采用自动铺带技术制造，机身段采用自动铺丝技术制造。A380的尾锥、A350XWB的尾锥和C形梁使用自动铺丝工艺制成，如图2所示。V－22飞机的后机身，F－22和F－35复合材料的S形进气道采用自动铺丝技术制造［25］。2）预浸料／液体成型的共固化技术预浸料工艺的高性能和液体成型工艺的低成本，促使制造技术人员考虑将两者结合，取长补短，在性能和成本上做出平衡，由此预浸料／液体成型共固化工艺应运而生。该工艺原理［26］是将预浸料铺层和干纤维预成型体组合在一起，将树脂注入干纤维预成体中，进一步使其与预浸料铺层一同固化形成一个整体，预浸料铺层主要用于蒙皮结构，干纤维预成型体主要用于筋条、凸台、连接部分等复杂结构。该工艺可以通过改变预浸料铺层、干纤维预成型体的结构和组合方式，制造复杂形状构件，可以大幅度减少零件、紧固件的数量和装配工序，并且简化了模具设计和树脂充模过程，从而降低了制造成本，减轻了制件质量。此外，预浸料铺层和干纤维预成型体可以根据要求选择不同种类的树脂、纤维和织构形式，从而灵活地设计制件的性能。典型的预浸料／液体成型共固化工艺包含树脂传递模塑／预浸料共固化工艺（Co－curingResinTransferMoldingProcess，Co－RTM）、真空灌注／预浸料共固化工艺（Co－curingVacuumAssistantResinInfusionProcess，Co－VARI）、树脂膜熔渗／预浸料共固化工艺（Co－curingResinFilmInfu－sionProcess，Co－RFI），如图3所示。共固化液体成型工艺用机承力结构，被证明是一种极具发展前途的复合材料低成本整体成型制造技术。例如，Co－RTM工艺首先由美国NorthropGrum－man公司［27］提出，用于生产大型整体复合材料制件，继而在美国CAI计划中得到进一步发展。F－35垂直安定面采用自动铺带的Co－RTM工艺制造，制造成本降低1．4万美元，质量减少7％，零件数减少52％，模具数减少38％；F－35采用三维编织加强筋和丝束铺放的Co－RTM工艺制造整体进气道，紧固件减少95％，减重36．4kg，成本降低20万美元。欧洲“CleanSky”计划［28］中包含了Co－RFI工艺，采用该工艺制备的复合材料力学性能达到了所用的OoA（OutofAutoclaveProcess）预浸料强度的水平。作者团队［29－35］对Co－RFI和Co－VARI工艺开展了研究，通过对加筋壁板制备工艺的研究，证明Co－VARI获得的力学性能低于预浸料／热压罐工艺，而高于RFI工艺，预浸料部分与RFI部分的结合界面性能优异，同时工艺周期短，有望用于民机复合材料结构的制造。航天特种材料及工艺研究所采用Co－RTM工艺制备复杂弹体结构，简化了模具结构和工序，提高了成品率、降低了工艺时间。

2新型低成本制造技术

2．1非热压罐技术

非热压罐技术常被称为OoA，是相对于传统的热压罐成型技术而言的，指不用热压罐而制造出具有与热压罐工艺相同性能和质量的复合材料制件［36］。广义上来说，凡是不使用热压罐设备的复合材料制件的成型方法，都可以称之为非热压罐成型技术。目前为止，在航空航天制件中获得应用的非热压罐成型技术主要有以下几种［37］：非热压罐预浸料技术、液体成型技术、先进拉挤成型技术、预浸料模压成型技术等。在这些技术中，由于非热压罐预浸料技术更接近于传统的热压罐成型工艺，有着广泛的手工铺贴和自动铺贴的工艺基础，因而被视为最有可能大规模实现的非热压罐成型技术。非热压罐预浸料技术是以预浸料层合结构为主，沿用手工铺贴和自动铺贴，最后采用真空袋工艺固化的方法。为了满足制造质量和机械性能与热压罐工艺相当，主要需解决仅在真空压作用下如何保证足够高的纤维含量和满足要求的较低孔隙率水平，而采用具有适当流动特性的树脂体系，并制备出部分浸润纤维的预浸料是实现这一目标的关键，它能保证即使制备厚制件时树脂也能在低压下充分流动，保证纤维密实从而获得高的纤维含量；同时在真空作用下部分浸润形成的预浸料坯料内部通道，能够保证挥发充分和夹杂空气充分排除，获得低的孔隙率。目前，国外的预浸料制造商已研发出多种用于OoA工艺的预浸料体系，用于制造飞机的非承力、次承力、主承力结构。如英国ACG公司［38］推出的MTM44－1环氧预浸料体系已经通过了空客公司的认证，将应用机的主承力结构，MTM44－1已经在ALCAS（AdvancedLowCostAircraftStructure）计划中应用于制造民机机翼中央翼盒下壁板、商务机机翼平台、机翼C型梁试验件、C－17运输机后缘等飞机结构件演示验证件。ACG公司的MTM45－1正在空客认证过程中，已经在美国“先进复合材料货运飞机”（Ad－vancedCompositesCargoAircraft）计划中得到了初步应用，MTM45－1被作为该计划验证机全复合材料机身结构材料。美国Hexcel公司［39］的HexPly?M56、Cytec公司的Cycom?5215预浸料也在民用航空领域有好的应用前景，如图4所示。航天方面，NASA［40］采用OoA制造航天器大型复合材料构件，如复合材料乘员舱（Compos－iteCrewModule，CCM）、直径达10m的太空发射系统的有效载荷整流罩等；ACG推出的LTM45系列材料应用于Delta火箭筒段等结构。国内的研究尚处于起步阶段，中航工业集团公司［41］研制出“VB”系列真空袋固化树脂体系与T700SC碳纤维配合，制成的预浸料在真空袋压成型下能达到1％的孔隙率。图4非热压罐预浸料M56制备的厚层板照片Fig．4MorphologyofthicklaminatemadeofM56outofautoclaveprepreg微波固化［42］属于新兴的非热压罐固化技术。与热压罐和烘箱的表面加热技术不同，微波固化属于体积加热，通过电磁作用使制件整体均匀快速加热，热量传递滞后问题被大大减弱，固化效率提高的同时减少了能耗，微波固化设备如图5所示。英国GKN［43］宇航公司在微波固化技术商业化方面开展了大量工作，该公司采用微波技术和商业化的环氧预浸料制备了飞机襟翼加筋壁板等复合材料结构，如图6所示，发现与热压罐工艺相比，固化质量相当，而工艺时间缩短40％，能耗减少80％。需要注意的是，由于不同材料对微波的吸收和反射特性不同，应充分掌握复合材料、模具、工艺辅助材料吸收微波能量的特性，以合理设计工艺条件。

2．2液体成型

液体成型技术（LCM，LiquidCompositesMolding）［44］是一种世界公认的低成本制造技术，在航空航天领域发展十分迅速，主要包括树脂传递模塑成型RTM（ResinTransferMolding）、树脂膜熔渗成型RFI（ResinFilmInfusion）、真空辅助树脂灌注成型VARI（VacuumAssistantResinInfusion）等。这些技术不采用预浸料，投资较小、生产效率高、能耗低，同时采用二维、三维编织及多向针织、缝编等技术制备纤维预成型体，克服了传统复合材料层间强度低、易分层的弱点，提高了复合材料的抗损伤能力。目前液体成型技术在航空航天承力结构上获得了越来越多的应用，如美国F－22［45］的360个零件采用RTM工艺制造，包括机翼正弦波梁、尾翼工字形梁、肋、机身框、襟副翼等；空客A380的机翼后缘和后压力隔框，Boeing787机身的大部分隔框等均采用RFI工艺制造［46］；VARI工艺则已用于大型机翼蒙皮、前机身、机翼翼梁、垂尾、运输机货舱门、弹道导弹仪器舱段的制造［47］。此外，国内外也开始将Z向增强技术与液体成型工艺相结合，具有工艺成本低，整体化程度高且界面连接强度大等优势［48］。由于对树脂体系低黏度等工艺性要求，其LCM工艺的树脂基体增韧受到限制，使得制备的复合材料韧性普遍低于预浸料／热压罐工艺，而纤维预成型体增韧技术成为了解决这一问题的重要途径［49］。美国Cytec公司开发出一种称为“Pri－form”的液体成型工艺，该工艺将热塑性纤维与增强纤维编织，热固性树脂充模保温过程中热塑性纤维熔于热固性树脂中，在实现对复合材料增韧的同时不影响充模树脂优良的流动性，获得工艺质量易控、韧性优异的复合材料。益小苏和杜善义［50］发明了ESTM（ExSituTrademark）织物，该织物表面以点阵方式附着了增韧剂，在不影响树脂充模的前提下极大提高了复合材料韧性。为了进一步降低成本、扩大适用范围，新型的液体成型技术也不断涌现。例如澳大利亚Quickstep公司［51］推出了新型的液体成型工艺，如图7所示，将模具漂浮于导热流体中，基于流体导热的优势，实现快速加热或快速冷却，热量传递速度比热压罐工艺快25倍，加热速率可达到22℃／min。该技术已用于制造F－35战斗机的垂直尾翼翼梁等复合材料结构。美国Hexcel公司开发了能够铺放干纤维的自动铺放设备和单向带HiTape?，实现了干纤维预成型体的自动化制备，然后进行树脂注射或灌注工艺，固化得到制件的纤维含量可以达到60％，其力学性能与热压罐工艺相当，因此有望用机主承力结构。

2．3预浸料拉挤成型技术

拉挤成型是一种连续生产复合材料型材的工艺，一般在牵引力的作用下纤维丝束浸渍树脂后通过模具进行预成型和固化，其自动化程度较高。先进拉挤成型技术简称ADP（AdvancedPultru－sion），是直接对预浸料进行拉挤成型的自动化生产工艺，尤其适合生产各类直线性、固定截面的型材。ADP成形技术综合了手工预浸料铺叠力学性能优势和拉挤成形自动化的优势，根据最终型材外形和性能要求，选择预浸料的合适宽度、预浸料层数和铺层方向。由于原材料采用的是预浸料，可以根据构件的设计要求，实现任何铺层（包括单向和±45°织物预浸料）的组合。由于空客A380、A350、Boeing787、A400M等大型飞机大量使用复合材料筋肋与蒙皮共固化的工艺技术，采用ADP技术制造的长桁和梁类构件容易实现制件固化度的控制，达到一定固化度的型材既能保持截面形状又能在热力作用下通过微变形适应不同型面，如翼面、机身壁板，最终与壁板共固化得到加筋壁板结构件［52－53］。采用ADP技术制造的复合材料型材自1996年开始应用于A330－200的垂尾以来，空客所有垂尾上复合材料的拉挤构件全部改用日本JAM－CO公司ADP型材，这些型材通过热压罐共固化与翼面蒙皮复合。同样，近年投入航线运营的空客A380机体结构中也大量使用了采用ADP成形技术生产的梁、桁构件，不仅在垂尾中大量采用了拉挤型材，而且机身客舱地板工字梁也采用了ADP制造，受载很大［54］，如图8所示。

2．4连续纤维增强热塑性复合材料制造技术

以往的热塑性树脂基复合材料因力学性能偏低、尺寸稳定性差等问题，在飞行器结构上鲜有应用。然而随着聚醚醚酮（PEEK，Poly－etheretherketone）、聚苯硫醚（PPS，Polypheny－leneSulfide）等航空级高性能热塑性树脂基体及其连续纤维复合材料的出现，使其在飞行器上的应用受到了广泛关注。例如，PEEK预浸料已经应用在F117A的全自动尾翼、C－130机身的腹部壁板、法国阵风机身蒙皮等，空客A340／A380飞机机翼前缘应用了玻璃纤维增强的聚苯硫醚复合材料［56－58］。Fokker公司目前正在开发碳纤维增强聚醚酮酮热塑性复合材料相关技术，拟用在下一代商业飞机的主承力结构上，目前已经做出了扭矩盒示范件，如图9所示。该扭矩盒长达12m，通过感应焊接法将加强筋焊接在扭矩盒上。连续热塑性复合材料的制件成型工艺主要有热折工艺、隔膜成型、模压工艺、纤维缠绕成型、辊压成型、拉挤成型等［59－62］。其中纤维缠绕成型以其高效、稳定的特点使其应用越来越广泛。此外，适用于热塑性复合材料的自动铺放工艺也在美国、加拿大以及欧洲等国获得研发。热塑性预浸料黏性极低，需要铺放头有较高的加热能力才能实现铺放，通常采用激光加热的方式。此外，与热固性树脂基复合材料的自动铺放工艺不同的是，热塑性复合材料在铺放时若温度和压力适宜，铺放后可以达到足够的密实程度，有可能不需要再进行热压罐固化，从而进一步降低制造成本。

3复合工艺理论与制造模拟

复合材料工艺过程发生着物理、化学、物理／化学耦合、热／力耦合等复杂变化，影响因素多，变化不可逆，若不能掌握这些变化之间的内在联系及对最终产品的影响，工艺质量将难以控制，采用大量实验和经验摸索出的工艺方案适用性较差。为此，大量研究关注了复合材料工艺各环节的基础理论问题，并且试图用各种物理模型和数学模型进行定性和定量的描述，为制造方案的制定和优化提供依据。此外，复合材料工艺模型通常较为复杂，难以得到解析解，因此借助计算机对其进行分析，模拟工艺过程，可以得到温度、压力、固化度、纤维分布、内应力等重要参量随时间、位置的变化数据，进而评估制造缺陷的程度，优化工艺参数［63］。液体成型理论分析与模拟早有报告，并较成熟，而针对热压罐工艺成型固化过程的相关理论分析和模拟难度大，但很重要。

3．1复合材料传热行为

热压罐内存在着罐内气体与模具、复合材料成型封装体系的热量交换以及复合材料构件内部的热量变化。两个温度场保持相对独立稳定性的同时又存在着相互影响，造成整个体系内复杂的温度分布情况，直接影响复合材料成型质量［64－68］。热压罐内温度场多采用笛卡儿坐标系下的N－S控制方程来描述，利用计算流体力学中连续、运动、能量的非定常三维N－S方程，以及反映湍流特性的湍流模型建立反映热压罐内强迫对流换热的温度场三维非定常有限元模拟方法。模拟方法可以实现热压罐内的模具温度分布情况的预报，并可以对温度场工艺参数、模具结构参数和罐内摆放位置等因素进行研究，优化罐内温度分布情况［69－72］。

3．2复合体系传质与传压行为

纤维密实／树脂渗流是指在外加压力作用下，复合材料成形体内树脂相对于纤维而流动，并导致纤维堆积和排列状态发生变化。为实现复合材料成型过程中纤维密实与树脂渗流的模拟分析，基于达西定律和质量守恒定律，Springer提出了波浪式密实模型，Gutowski提出了海绵式密实模型［80］，作者团队提出了渐进式双重密实理论模式，使用有限元方法建立了一维、二维模拟方法分析各种参数对密实的影响。3．3应力与变形材料的热胀冷缩反应、树脂固化收缩效应以及复合材料与模具材料在热膨胀系数上的巨大差异，使得制件结构内部将不可避免地产生残余应力，进而引起复合材料结构件在脱模后产生回弹变形以及翘曲变形，使构件在室温下的自由形状与预期的设计形状存在一定的差异，即产生固化变形［87－92］。热应变的产生是由于在复合材料固化成型过程中，复合材料的温度受热传递和树脂固化反应放热的影响，不断产生变化，当温度增高时，复合材料受热膨胀，当温度下降时，复合材料收缩，从而产生了随温度而改变的热应变。在复合材料的固化成型过程中，树脂基体发生交联固化反应，使复合材料产生体积收缩，由于复合材料内部固化度的不一致，各部分的收缩并不相同，从而导致了化学收缩应变的产生［93－100］。复合材料成型过程的固化变形模拟的主要目的是由此确定模具型面的补偿量，同时考虑型面补偿导致的制件变形，最终使得构件尺寸达到预期值［101－104］。

4成型工艺质量控制方法

先进复合材料的成型固化是在一定压力和加热条件下完成的，该过程是非常复杂且难以直接观察，涉及到了热量传递、固化反应、树脂流动、纤维密实、气泡的形成、生长及迁移等多种物理、化学及其耦合变化。不同的树脂体系和纤维增强体的物理和化学特性不同，造成成型固化过程有明显差异，这些因素与工艺参数、模具方案、产品结构等交织在一起。同时航空航天结构高昂的制造成本，要求保证高的成品率，这使得工艺质量的控制成为了复杂而又核心的技术。复合材料工艺质量控制技术包含工程技术和科学研究两个方面，前者往往在产品生产中起决定作用，而后者往往在产品研制中有重要地位。

4．1工程技术规范与数据库

航空航天工业已充分认识到复合材料结构这一特点，并在积木式设计验证程序中对材料与工艺控制进行鉴定，建立材料规范和工艺规范，保证能生产出可重现且可靠的结构。例如FAA制定出版了预浸料和复合材料规范及工艺规范编制指南，加快了复合材料结构研制与适航审定进度，降低了成本，保证了工艺质量［109］。复合材料工艺规范中，对相应产品所涉及的所有制造因素都进行了明确规定，如适用范围、引用文件、材料要求、设备和设施要求、人员要求、工装要求、制造要求（铺层、预压实、真空袋封装、温度监测、固化、胶接、脱模、工装）、验收标准等。材料规范和工艺规范制定过程中，数据库是其必不可少的依据，数据库应包含原材料、中间材料、芯材、复合材料等物理、化学、工艺、力学等性能，这些数据的准确性、可靠性需要有足够的实验批次、合理的实验矩阵、先进的测试标准规范、严格的检测工作质量管理体系作为保障。从1994年开始在NASA、FAA和美国70家企业、学术机构及政府机构组织开展了AGATE（AdvancedGeneralAviationTechnologyExperi－ments）项目，目的是在满足FAR23、AC20－107A和AC21－26要求的前提下，发展一种通用的复合材料鉴定和性能等同判断方法及规则，建立共享的数据库，大幅度降低材料鉴定的成本和时间，加快通用飞机设计、发展进程和适航审定。2005年，NASA的技术人员认识到AGATE的方法应该从通用航空领域推广到整个航空行业，于是建立了国家先进材料性能中心（NationalCenterforAdvancedMaterialsPerformance，NCAMP），该中心制定了大量指导性文件，尤其是包含了复合材料体系适航审定中材料规范、工艺规范以及数据库的大量内容，为复合材料在民用航空上的应用奠定了技术基础［109－110］。中航工业集团公司针对中国航空用材料体系，建立了复合材料工程数据库，覆盖了目前中国航空工业的主要材料牌号，并研究了数据库的管理和应用技术。高航等归纳总结了复合材料典型构件加工特征，在此基础上构建了复合材料典型特征加工工艺数据库，利用该数据库可以将复合材料的相关加工工艺信息进行合理分类存储，便于用户进行检索［111］。美国十分重视复合材料的标准化工作。自20世纪70、80年代开始，由美国国防部下属的MIL－HDBK－17协调委员会编制有关复合材料性能表征、性能数据和在结构中应用指南的军用手册，被国外的复合材料与结构研制的工程技术人员称为“复合材料的圣经”，该系列手册于2013年宣布废止，并由美国SAE协会制订的CMH－17系列复合材料手册替代，其中与MIL－HDBK－17F相比，在“生产材料和工艺过程的质量控制”章节中，有大量更新，包含了材料采购质量保证程序、零件制造检验、管理材料和工艺中的变更、改进工艺的统计工具等内容［110］。从目前工艺规范和数据库的应用看，建立统一的技术规范标准，构建复合材料结构设计／制造／评价共享数据库是促进复合材料工业快速发展的重要措施。

4．2复合材料制造装备

第3篇：复合材料范文

关键词：复合材料，教学改革，选修课

【中图分类号】TB33-4

复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，与传统材料相比，复合材料具有许多优点，比如其成分及性能的可设计性高，由于加入了高性能的增强相，其强度和弹性模量很高，尤其是比强度远高于传统材料，另外还具有抗疲劳、断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，在国防、机械、化工、医疗等各领域有广泛的应用，是新技术革命赖以发展的重要物质基础。目前，复合材料已成为新材料研究领域的重要方向，对于材料科学的发展意义重大。正因如此，众多高校非常重视复合材料课程的开设，《复合材料》是材料学院材料科学与工程、金属材料、高分子材料等非复合材料专业本科生的专业选修课之一。根据复合材料涉及的分类，这门课程主要讲述复合材料增强体、复合材料的设计原理、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等内容。通过学习，使学生了解复合材料的基本理论知识、分类及其应用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常见复合材料制备方法，以提高对于复合材料的设计、制造、性能及应用能力。但本课程的特点是内容繁杂，涉及了基体、增强体、复合原理、材料设计、成型方法及工艺、生产设备等内容，涵盖化学、物理、计算机、工程学等方面的基础课程。因此，在教学中普遍存在学生对所涉及的概念、理论不甚理解，导致厌学、重视不足现象，同时也存在教师很难将知识点一一阐述透彻，学生难以进行深入的学习等问题。另外，该课程多为陈述性内容，在授课过程中很容易陷入乏味的陈述之中，使得学生对本门课程无法提起兴趣。因此，针对以上题，本课程需要在教学过程中进行了改革，并分析复合材料学课程理论教学改革的方法和意义，以期为高等院校的相关课程和专业建设提供一定的参考。

1 授课内容改革

大学教育是创造性人才培养的摇篮，其专业选修课教学内容旨在开阔学生的视野，提高其创造创新能力，因此在教学中应该剔除陈旧的知识、固定的模式。《复合材料》这门课程的知识信息量比较大、直观性比较强，其内容涉及聚合物基复合材料、功能复合材料、陶瓷基复合材料、无机复合材料、金属基复合材料等诸多方面，但是在本科生培养计划改革中，该课程由原来的32学时压缩为16学时左右，在指定的教学时限内很难完成课程全部内容的教学。因此，需要对课程的内容进行进一步精简、合并，尽可能在体现其完整性的同时突出发展前沿的内容，教材也必须作整合化“手术”，在个性化的教材之中养成学科的风格与特色。例如，在我校材料科学专业主要是以金属材料为主，因此要重点学习金属基复合材料，在充分讲述了金属基复合材料的设计、制造、界面表征及性能分析后，要着重描述金属基复合材料的目前的研究及应用现状、发展方向以及存在的主要问题。而陶瓷基等复合材料则在介绍其总体理论后可以针对于某些发展方向进行延伸讲授，在完成大纲要求内容的同时，要突出重点和难点内容，使学生在明晰总体脉络的情况下，能够抓住主要方向，只有这样才能在较短的时间内达到较好的学习效果。

2 革新教学方法

前已述及，《复合材料》这门课的知识体系非常宽广、内容丰富、实用性较强，其内容归纳起来具有以下特点：一是课程内容包含的专业知识和门类非常多，并应用很多基础学科的知识来分析材料中的具体问题，有的内容非常具体而复杂，如复合材料的界面结合理论，有的内容则比较抽象而难懂，如材料的晶体结构和力学性能的微观机理等；二是同时具有很强的理论性与实践性，一方面有很多的理论分析与公式推导，在分析和推导的过程中要建立具体的物理模型，并结合材料内部的具体结构进行相应的处理；另一方面要应用基本理论和方法来分析、解释和处理材料方面的实际问题；三是该课程内容中包含大量抽象、复杂且不易理解的概念。如果使用传统的黑板加粉笔的教学方式，只能是学生得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，显得枯燥无味呆板。好在现在各学校基本上都普及了多媒体教学，为了吸引学生在课堂上的注意力，提高学生们的学习兴趣，实现本课程教学的最终目标，需要在多媒体教学的基础上对教学手段进行相应的改革。可以从以下方面入手：

（1）在教学中把多媒体、影像资料、CAI 课件等现代化教学手段应用到在教学中，在课堂上用文字、图片、动画和视频以及声音等资料来进行教学活动，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。

（2）采用授课―交流―讨论的流程，通过向学生讲解与授课内容相关的学术论文，让学生从科研的角度认识复合材料，同时了解复合材料发展的动态，并与其在各领域的应用结合起来。授课的同时积极与学生进行互动交流，共同探究论文中学术论点，必要时可以让学生自己查阅总结科研文献的观点，并进行分析评阅，进而提升自身综合实力。

（3）《复合材料》这门课程陈述性内容较多。如果采用“以教师为主体、以课堂为中心”传统的灌输式教育，会使课堂教学气氛呆板，使得学生的创造性思维受到严重束缚，既降低了学习效果，也忽视学习能力的培养、科研能力的培养。因此在教学过程中，除了对本门课程的难点和重点知识点进行详细讲解外，其他容易理解的内容，可以让学生先在老师的引导下自行阅读并完成读书报告，然后老师对其读书报告进行讲评，这种自学方式有利于培养学生的自学能力。

3 优化考核办法

课程考核是大学教学活动的重要环节，是对教师授课及学生学习效果的检验，对督促学生主动学习，引导和促进学生潜能、个性和创造性等的培养具有重要作用。《复合材料》课程涉及的领域广、范围大、知识点多，如果单纯以闭卷答题的方式进行考核，则会在一定程度上约束学生的思维，不利于考查学生的综合运用知识分析问题和解决问题的能力，无法全面评估学生对这门课程的掌握情况，因此，如何既能充分发挥学生的创造性，又能达到考核的目的，这是亟需解决的问题。《复合材料》是一门专业选修课程，期考核方式可以相对灵活一些，能够采用综合考核、灵活应试的办法，在研习传统考试模式的前提下，提高平时考核成绩的比重，在平时成绩的考核中，可以采用学生在课堂上发言和讨论、撰写读书笔记和科研报告等多种方法对学生进行综合考核，尤其是让学生撰写科研报告，报告中要求学生通过阅读相关专业书籍及国内外期刊，总结出复合材料最新研究进展、应用技术及发展趋势等内容，以此提高学生对所学知识的掌握，并使学生在考核过程中掌握了科研论文的查阅总结能力。将这几种考核方式相结合，可以促进学生在学习过程中积极主动地参与，避免平时不用心学习，考试时突击学习情况的发生。

4 结语

课堂上教师的“讲授”是为学生的“学习”作铺垫和服务的，讲授过程中教师应该是导演，是学生学习的引导者。因此，教师应该积极与学生互动，在此过程中，教师要大胆放手，让学生充分发挥主观能动性和创造性，想方设法激励和引导学生积极主动地去探究、去思考，并乐于实践；只有这样，才能实现“先学”的目标，才能把课堂的主动权真正还给学生，突出学生是课堂教学的主体地位。

总之，《复合材料》作为一门专业选修课程，其教学改革是一项系统的改革，要运用各种有效的教学手段，采取科学合理的综合考核形式，培养学生获取知识的能力、综合能力、创新能力、发现问题和解决问题能力以及养成良好的科学素养。

参考文献

[1] 王献彪.材料学专业本科生课程创新能力的探索[J].文学教育.2010，（7）：69；

[2] 王献彪，徐文总，刘瑾等.《复合材料》课程互动式教学的实践与探索[J].广州化工.2012，40（10）：174-175

[3] 赵洪凯，肖力光，刘亚冰等.《复合材料》课程建设与教学研究[J].广州化工.2010，38（10）：229-230

第4篇：复合材料范文

关键词：聚醚醚酮；复合材料；性能

1 引言

电连接器是为电气终端之间提供连接与分离功能的一种元件，近年来，伴随着数字、IT技术的发展；航天器电子设备的重量趋小、抗干扰能力趋强；海洋探测设备的耐环境性能趋高等因素以及国防建设中各种新型武器装备的出现，都对连接器产品性能提出了更高的要求。主要集中在以下几个方面。

1.1 重量轻、小型化要求

由于航空、宇航等领域对连接器产品的重量和体积要求日渐趋小。

1.2 耐环境性能要求

随着我国航天、航空技术、航海、石油勘探及军事电子设备技术的发展，对连接器产品的耐环境要求提出了更加苛刻的要求。

1.3 高可靠性能要求

未来装备要求具有更高的可靠性、更长的储存时间和工作寿命，以适应无人值守、全天候工作状态。与之匹配的连接器可靠性能也得做响应提高。

1.4 多功能、集成化要求

由于整机设备的集成化、小型化，要求连接器产品具有多功能性，具有高混装特性，具有多系列、多模块组合等特性，以实现整机上的各种预定用途，为用户提供各种特殊功能的线路连接。

1.5 抗电磁干扰性能要求

目前在通信、网络、军事、航空、航天、医疗、消费电子、电子对抗、相控阵雷达等领域，都提出了电磁兼容要求，迫切需要具有更高抗电磁干扰性能的连接器产品。

由于传统连接器的一些固有特点造成其不能达到上述一些要求。所以为了适应电子信息业的迅速发展和国防科技现代化的发展需求，实现连接器的高性能、高可靠、耐环境、多功能、小型化、绿色、高效、安全；实现我国高端连接器的独立自主研制和批量生产能力；就必须要加快新一代复合材料连接器的研究和发展、努力创新，满足各领域配套需要，发挥高新连接器产品对我国经济发展、技术进步的重要支撑和推动作用。

2 国内外复合材料连接器发展情况

传统连接器所用的材料大部分是有色金属，更进一步的发展是采用了工程塑料，已出现了聚苯硫醚、聚醚醚酮等复合材料连接器。国际上复合材料连接器也主要应用于宇航级，部分特殊场合如石油采探行业亦有应用。其中MIL-C-29600A产品被广泛采用。该标准有A、B两个系列，A系列采用MIL-C-38999的安装板空位排列，B系列采用MIL-C-81511的安装板空位排列。

完成复合材料连接器的研制，即可实现国内复合材料连接器零突破；打破我国高端连接器及其组件一直依赖国外进口从而受国外制约的现状；同时，该项目属世界领先水平，可带动我国连接器打入国际市场，实现和国际接轨，推动我国连接器行业的升级换代。一些国内厂家为此已经做出了很大努力，某些产品已经被采用到航天设备中。并得到认可。

3 对复合材料连接器的研制与创新

近年来，我公司对于复合材料在连接器领域中应用已有初步探索，并在一些新产品中加以小批量应用。如为用户提供应用于星地GPS定位装置的连接器，其结构件采用复合材料替代金属材料，结构紧凑，耐环境性强、重量轻，用户经上机试用，认可度颇高，现已批量定货应用于整机。应用复合材料优越的防水密封性能，为用户设计的产品已大量应用于石油深井钻探的钻杆部位。为用户提供的一种微动开关产品，应用于某空对地区域封锁子弹药引信装置，该产品主要了复合材料的强抗冲击力性能，现该产品已批量生产。

3.1 主要研究、开发内容及采用的工艺技术

3.1.1 研究内容：复合材料改性技术；复合材料电连接器产品结构、电性能、机械性能、密封性能、耐环境性能的设计技术；产品特殊接触对的设计技术；产品高数据传输技术等技术以及复合材料的研发技术。

3.1.2 工艺技术：复合材料成型技术；复合材料表面金属涂覆技术；超精密薄壁塑料件注射成型技术；接触件高精度加工成型技术；接触件镀金技术；复合材料外壳精密加工成型技术；外壳键、槽成型技术；屏蔽簧片精密加工技术；弹性零件的热处理技术（卡爪、屏蔽环、卡簧、弹簧）；产品装配中的密封封装技术等。

3.1.3 技术指标：重量轻，较传统连接器重量降低四分之三；工作温度：-65℃～250℃；振动：10～2000Hz，65g（正弦）、50G（rms）（随机振动）；冲击：3ms半波正弦达3000m/s2；耐盐雾：3000小时以上；使用寿命：3000次以上。

3.2 创新点及技术关键

3.2.1 复合材料的改性研究及研制。应用塑料聚醚醚酮（PEEK）树脂为主要原料，进行复合材料改性，替代有色金属铜、铝合金，生产连接器外壳、绝缘件。

3.2.2 MIL38999典型产品的研制，实现高新复合材料连接器的关键技术突破；具有高混装特性，可装入多种接触件，如高低频混装等。可适用于大功率，高压、高速、高频传输，满足军民各种使用领域。

3.2.3 复合材料的成型及涂覆技术。

3.2.4 高速连续跳步模的设计制造技术。

4 新一代复合材料连接器发展趋势

新一代复合材料连接器，是代表目前国际上最先进的连接器，同时产品覆盖面广，可多领域应用。根据各领域对新一代复合材料连接器的不同要求。产品向系列化、多品种、高性能、集成化以及多档次、规模化的趋势发展，以满足各类电子设备的不同需求。

项目产品多领域应用的特点将给我国诸多产业带来巨大的经济效益。产业化完成后，可迅速全面推广应用，在国内形成一新型的产业，意义深远。由于产品的特殊、高端性能优势，在重大项目实施期内即可迅速推广，形成可观的市场规模。

5 结束语

新一代复合材料连接器是未来连接器的发展方向。我们有必要加快复合连接器的研制，来推动我国高端连接器生产技术水平。

参考文献

[1]刘洋.适应高科技时代要求的新连接器技术[J].机电元件，2011.

第5篇：复合材料范文

关键词 复合材料；胶接；缝合连接；混合连接

中图分类号：V22 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0117-01

1 概述

根据复合材料的自身特点及其破坏的机理，存复合材料连接中，胶接、缝合连接、混合连接已被广泛的运用。合理的胶接、缝合连接、混合连接设计，不但能够满足使用要求，减轻结构重量，提高可靠性，还可以延长结构的使用寿命。本文针对复合材料的胶接、缝合连接、混合连接方法进行探讨。

2 胶接连接

胶接连接是借助胶粘剂将复合材料、金属材料零件连接成不可拆卸整体的连接方法。

2.1 胶接连接优点

1）胶接连接受力均衡，接触为面接触，承载能力强，不同于机械连接的点接触。

2）没有钻孔引起的应力集中和分层，连接可靠性好，结构重量轻。

3）胶接连接能获得光滑的气动外形，外形美观。

4）抗疲劳性、密封性、减振性能好。

5）不同材料连接时，有隔离的作用，无电偶腐蚀问题，相容性好。

6）有阻止裂纹扩展的作用。

2.2 胶接连接缺点

1）胶接的质量控制比较困难。

2）胶接强度分散性大，剥离强度低。

3）胶接的工艺要求严格。

4）胶接性能受湿热效应、介质等环境的因素影响大，胶粘剂存在老化的问题。

5）如果需要加温加压就需要专门的设备，成本高。

2.3 胶接连接参数

胶接连接主要参数包括胶接件的厚度t、胶层厚度h、胶接件的搭接长度L等（见图1数值为本文推荐）。

1）胶接件的厚度t。胶接件的厚度由其所传递载荷P的大小确定。

图1 胶接连接的参数 图2 缝合连接的参数

2）胶层厚度h。胶层厚度h对连接强度有很大影响，增加胶层厚度，可减少应力集中，提高连接强度。胶层厚度过厚，会产生胶层厚度偏差、气孔等缺陷；胶层厚度过薄，不能满足连接强度的要求。因此，胶层厚度一般取0.1～0.4 mm。胶接件的搭接长度L。胶接件的搭接长度与胶接件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，胶接件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。胶接件的搭接长度L≥8 mm。

3 缝合连接

缝合连接是借助缝合线将复合材料连接在一起，经过固化使缝合线与复合材料成为不可拆卸的整体的连接方法。

3.1 缝合连接的优点

具有与胶接连接相同的优点之外，缝合连接还具有以下

优点。

1）缝合连接后，自然形成了网格，使复合材料的单位面积大大减少，每个网格将其范围内的复合材料进行了约束，使复合材料连接产生的分层及分层的扩散的问题得以解决；缝合的方法同样也可以用在复合材料结构设计中，来解决飞机复合材料大壁板中的分层及分层的扩散问题。

2）飞机在使用中，受到鸟撞、冰雹等的撞击，产生了冲击损伤；飞机受冲击的部位产生了脱粘、分层、承载能力下降等损伤情况。运用缝合连接技术后，使受冲击产生的损伤，对复合材料整体影响减小，并约束了冲击损伤进一步扩散的可能，从而提高了复合材料抵抗冲击损伤的能力。

3）缝合连接的工艺性好。

3.2 缝合连接缺点

1）缝合连接需要专门的设备。

2）缝合后拆卸困难，维修困难。

3.3 缝合连接参数

缝合连接主要参数包括缝合线号、缝合件厚度t、缝合件的搭接长度L、边距b、排距p、针距w等，（见图2，数值为本文推荐）。

1）缝合线号。缝合线号由行业标准规定，通常使用2号（粗）～24号（细）线。缝合线号由连接处的载荷大小决定。

2）缝合件厚度t。缝合件厚度由其所传递载荷p的大小

确定。

3）缝合厚度t1。缝合的最大厚度由专门的设备决定。

4）缝合件的搭接长度L。搭接长度与缝合件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，缝合件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。缝合件的搭接长度L≥8 mm。

5）边距b。缝合线直径φ

6）排距p。排距p由缝合件的搭接长度来决定，采用均匀排列针距w。针距w由载荷的大小来决定，w≥2.5 mm。

4 混合连接

混合连接是指在同一连接处，运用两种或两种以上的连接，是复合材料中重要部位的主要连接形式，其包括胶铆连接、胶螺连接、胶缝连接等形式。

4.1 混合连接的优缺点

复合材料采用混合连接是从安全破损的角度考虑的，是想得到比只使用一种连接形式更好的连接安全性。复合材料的连接形式各有其优缺点，这些优缺点在混合连接中仍然存在，只是缺点的影响减少了。在胶铆连接中，铆钉一方面阻止和延缓了分层、脱胶等损伤的扩散，提高了抗剥离性、抗冲击性、抗疲劳性；另一方面铆钉制孔，有带来分层、应力集中、腐蚀等不利问题。

4.2 混合连接的破坏模式

混合连接的破坏模式包括单一型和组合型破坏模式，如拉伸破坏、挤压-剪切破坏模式等形式。混合连接破坏模式的产生主要与其连接参数、连接方式、复合材料铺层方式、载荷性质等有关。

5 结束语

复合材料的连接是复合材料设计中的重要环节之一，设计中应充分考虑不同复合材料的独特性能，采用合理的连接形式，来满足使用要求。复合材料连接设计中，在载荷不大的情况下，应多采用胶接、缝合的连接方法；在载荷大的情况下，应多采用胶缝等的混合连接方法；在需要维修、可卸的情况下，应采用机械连接的方法。要充分运用各种连接形式的优点，使其缺点对结构连接的影响最小。

第6篇：复合材料范文

1.行业特点

复合材料行业特点：原材料品种多，工艺方法繁多，成本跨度极大。按每公斤价格而言，复合材料可以由几元到几千元以上不等，一般同等重量成本均高于钢铁。很多材料配方和工艺方法原理简单，容易上手，但由于工艺自由度较多，真正的工艺参数系统性控制难度大，产品离散性较大，产品缺陷的可探测性差，所以用简易办法较难区分产品质量的好坏。

2.发展现状

行业门槛低，个体户亦可从事经营生产活动；复合材料应用领域广泛，既可做花盆，也是航空航天等高科技领域不可缺少的材料。国内缺乏高技术含量自主研发产品，配套设备设施也不健全，限制了复合材料行业的发展。复合材料以其质量轻、强度高的特点，在汽车工业方面具有典型的应用，并占有突出的三大优势：一是自身减重；二是集成化功能，使系统减重；三是使系统的制造、安装和维修简化。而且，大部分复合材料部件具有减振降噪的效果。从复合材料的内在特点而言，所有纤维增强复合材料，特别是连续纤维增强的复合材料部件，对微裂纹及轻微外伤的敏感性都非常弱。采用这种复合材料制作结构件，安全性更高，可有效降低二次伤害的可能性和程度。

复合材料在汽车上的应用

自开始制造汽车以来，复合材料便以各种形式应用于汽车中，树脂基复合材料正式应用于汽车中始于1953年。世界上第一辆全复合材料车身的Corvette车由手糊工艺生产（见图1）。复合材料在汽车上的应用分为几大类：覆盖件（内外饰）、结构件（以其力学性能为主要应用）、功能件（以其某些方面特殊性能为主要应用）。当然，更多情况下都是多种性能同时应用的，只是在不同的场合中个别性能稍有突出而已。复合材料在汽车上的应用是从覆盖件开始的，也是用量最大的一个类别，主要采用SMC（片状模塑料）、RTM和手糊等工艺制造。复合材料用于覆盖件的优点是耐冲击性、耐候性、耐腐蚀、阻燃、行人保护以及丰富的造型设计等。

对覆盖件的要求主要集中在外观和尺寸以及成本上，而对材料本身等性能要求不高，导致这个领域竞争极其激烈，结果是成本下降的同时，质量也受到影响，在某种程度上这也是复合材料名声不好的原因之一。结构件的应用在国内发展较缓慢，主要是由于这类部件的技术要求相对较高，不易掌握，企业缺乏相关设计以及验收标准和测试验证能力，在没有足够证据证明新材料、新部件符合要求的情况下，主机厂只能延用原来的材料。初期开发需要一定的投入，在国内，开发投入基本都由供应商承担，开发成功后，其成果又很容易被窃取，这也是阻碍汽车用复合材料发展的因素之一。

功能件的应用状况与结构部件有相似之处，目前应用虽然很多，但多数是合资车型，延用国外原有设计。国内缺乏自主设计能力以及相关的验证能力，也缺乏相关标准。设计原型在国产化过程中，迫于技术水平所限或成本压力，其材料体系、工艺技术有时也会发生变化，引起部件质量下降，最后很可能被归结为材料本身的原因。中国的汽车用塑料平均每辆车在100kg以下，占塑料总产量的10%以下，而美国占15%，德国占18%，并且逐年增长。汽车塑化是目前比较热门的话题，但我们知道，汽车也不可能被完全塑化，最终会达到一个理想的平衡状态。

1.轿车上的应用

复合材料在轿车上的应用以SMC产品为主要代表，主要应用于车顶板、车顶外延板、侧裙板、翼子板、机舱盖板、保险杠、仪表板和内饰板等。应用实例如图2～图6所示。其中图2富康行李箱盖为粘接结构，RTM工艺成形。图3奇瑞A5行李箱盖为粘接结构，其外板采用SMC工艺，内板采用RTM工艺。图4和图5所示的零部件均采用SMC工艺成形。图6中的宝来喜登2002年5月在东风出产，采用RTM工艺全塑车身，为国内全复合材料车身产品，整车使用复合材料136.5kg，外观蓝色部件全部为复合材料制造。碳纤维具有绝佳的韧性和抗拉强度，且重量只有钢的1/4。轻量、高强的特性正是高性能汽车所需的。轿车前端模块，采用LFT–D在线混炼压制或LFT–D在线注塑工艺，可节省材料成本25%，如图7所示。备胎舱采用LFT或GMT材料，具有良好的抗冲击性和防腐性，单件减重可达45%（约4kg左右），设计自由度高、可制作出较复杂的形状和结构。2009年，宝马集团与西格里集团合资，建立了西格里汽车碳纤维公司，首款产品4门宝马i3的碳纤维复合材料车厢采用RTM工艺成形（见图8）。兰博基尼的Aventador超级跑车车厢也由碳纤维复合材料制成。

2.客车上的应用

复合材料在客车上的应用主要包括前后围、保险杠、顶围、行李箱门板和整个车身等（见图9和图10）。

3.载货汽车上的应用

复合材料在载货汽车上的应用，主要包括高顶、面罩、保险杠、传动轴、脚踏板、板簧、侧裙板、翼子板、导风罩、导流板和导流罩等。国内自主研发8.6m自卸车车厢通过采用复合材料（见图11），车的质量从原来的6.8t减至4.5t，承载50t以上，每年可为用户增创7万元左右的利润。

复合材料的新应用

除以上所述，复合材料在其他汽车零部件上的应用也很多。例如，发动机的气门室罩、齿轮室罩和油底壳等，都可以用复合材料制造（见图12）。复合材料在汽车上的应用日益广泛，随着技术的发展，复合材料正在向新的种类发展（见图13）。

第7篇：复合材料范文

复合材料压力容器因为具有重量轻的特点，并且它的压力承担容限指数较高，在遭遇了外力冲击的情况下，复合材料缠绕处理法容器具有稳定性较高的特点，可以在比较恶劣的储存环境下，保证压力容器失效模式安全等等优点。正因为如此，复合材料缠绕的压力容器以其较高的抗冲击损伤的性能，不断得到了广大用户的信赖，在宇宙中高压真空环境的空间系统中得到了比较广泛的应用。其中，最典型的复合材料压力容器（Copvs）是指，通过在压力容器的薄壁金属（或者塑胶）内存上缠绕在符合材料的基础罐体中，通过充分浸染和涂渍大量高强度的纤维，最终完成复合材料内存的缠绕压力容器的制造。复合材料压力容器（COPVs）一般会被安排在国家高精尖领域的制造项目中，复合材料的压力容器技术更是得到了广泛的运用。

2冲击效果损伤

2.1外力冲击对内外壁的影响

碳合金和环氧复合材料压力容器在受到了外力冲击之后，最为直接的结构就是在容器的内壁出现不均匀的裂缝，产生各种明显的受损状况下的缺陷。比如，在金属容器的内壁会出现衬体凹凸不平的现象。环氧符合材料由于纤维分层材料的特点显著，会出现复合层与压力容器的内衬脱离粘黏、容器内壁基体发生开裂和显著分层，这些都是典型的压力容器受到冲击损伤的效果表征。在外界压力过大和冲击损伤更加剧烈的时候，压力容器还会因为承受过高的符合，容器内壁出现明显的纤维断裂现象。

2.2复合材料缠绕压力的标准性测试

在上个世纪九十年代的中后期，美国的国家航空公司开展了一项针对航天器复合材料缠绕压力的标准性测试，为压力容器冲击损伤状态下，复合材料缠绕压力容器加强的技术进行了研究和分析。美国航天公司抽调全国技术骨干，对将近220个直径约为150-500MM的球形压力容器和圆柱体碳合金/环氧压力容器（Copvs）进行了高频次的冲击试验。根据研究实验的过程，获得了大量碳合金/环氧（Copvs）的实验数据，使用复合材料可以显著缓解冲击损伤的效力。根据复合材料缠绕技术中，压力容器冲击损伤的实验中得到了测试结果表明，用不同能量的冲击碳元素/环氧压力容器（Copvs）产生的具体损伤效果很不一样，没有使用复合材料的压力容器在冲击能量加大时，会出现内壁爆裂的现象。

3冲击损伤效果的影响因素以其检测

3.1冲击位置的影响

对于球形的复合材料缠绕压力容器而言，冲击位置会在对受压容器的靠近接头位置出现集中施压的现象。由于复合材料在接头处内壁缠绕侵染效果比较好，因此，此处的冲击损伤反而比较小，主要原因就是由于碳合金与环氧压力材料与接头处连接，使得此处的高度显著增加。

3.2冲击损伤检测

目视法是检测压力容器COPVS冲击损伤的最简单和直接有效的方法。勘测科学家通过肉眼对压力容器的内部进行检查，或者借助放大镜对容器外表面的壁衬进行检测，可以发现在受力情况下，复合材料表面纤维的具体受损伤的情况。使用找色绳头或者酒精擦拭，可以显著加强目视法冲击探伤的效果和准确度。由于经济技术的发展和科技研究的深入，目前一些有条件的探伤冲击检测中，大多使用超声探测对内衬的凹陷翘张屈合以及压力容器的复合层分层进行准确探伤。采用超声反射发可以对冲击伤后的COPVS中出现的分层状况进行精准测算，可以对内衬复合材料的缠绕状况进行准确的定量检测。

3.3减轻冲击损伤

为了提高材料缠绕处理方法压力容器的抗冲击效果，必须要在压力容器的加压过程和材料内衬处理过程中，严格按照罐体设计和复合材料缠绕处理的相关工艺质量标准，展开标准化生产的细节管控，从而有效减弱因为高速撞击造成的压力容器损伤。比如，对加压容器的复合层部分，展开实时的声波探伤和外观质量检查，直接剔除复合层表面或者压力容器内部存在裂纹和部分气孔脱层的产品，从源头上加强对于压力容器的质量管控，提高容器整体数量上的优良率和抗冲击性能。由于产品的设计在抵御撞击损伤的作用比较明显，因此要考虑到COPVs在内衬泄露失效和动力学环境压力骤增的情况下的容器承受过载的能力。在压力容器的生产、试验和搬运的操作过程中，提高其抗风险失效的安全系数。

4结束语

第8篇：复合材料范文

关键词：复合材料；碳纤维；环氧树脂；成型工艺

中图分类号：TB332 文献标识码：A

1复合材料特点分析

1.1碳纤维。碳纤维即CF，其元素组成主要是C，碳纤维中C含量超过90%。其材料具有优良的导电性以及导热性，并且具有高温耐受性，另外在耐腐蚀和摩擦性能上也具有突出表现。但是不同于普通的碳素材料，CF材料的各向异性较为显著，能够制成各种织物，且强度较大。CF的原材料主要包括粘胶纤维，即通常所说的人造丝，聚丙烯腈纤维以及沥青等物质。而聚丙烯腈纤维是制备高强度CF的首选材料。

1.2环氧树脂。环氧树脂的力学性能较高，并且相对于其他材料加工性较强，加之粘结性好、收缩率低而应用于各种领域。在复合材料的制作中，环氧树脂主要用于粘结CF材料，对CF之间的荷载进行分配，起到了保护作用。

1.3复合材料。复合材料的性能受到原料的影响，即环氧树脂以及碳纤维的性能以及二者之间的粘特征会对符合材料特性造成影响。从材料特性上分析，复合材料的整体性能较强，抗腐蚀性高、抗蠕变性能良好，并且密度、线膨胀系数相对较小，能够有效抗击分层、冲击等。在目前已有的材料中，EP/CF复合材料的综合性能较强，比强度以及比模量指标最好。在进行加工成型时，具有稳定、易成型的特点。

2成型工艺

2.1手糊成型。该成型工艺是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP和CF，手持辊子或刷子使EP浸渍CF，并将材料中的气泡予以驱除，将基层进行压实。通过多次的铺层操作，对制品厚度进行控制，从而满足成品的设计要求。通过手糊成型工艺，可以满足室温成型要求，无需大量投资，成本低廉，并且制品的规格没有限制。但是该工艺也存在不可避免的缺陷，首先该工艺的劳动强度较高，且技术要求较为专业。另外材料中的一些物质可能对人体造成危害。

2.2树脂传递成型。该工艺主要将CF材料设置在上下模之间，同时利用模具进行夹紧，利用压力进行EP材料的注射。待材料固化后，将制品取出。在进行注射的过程中需要注意，保证材料充满模具腔，通过夹具压力可以令EP材料迅速同CF材料结合，浸渍CF。该工艺优势在于，可以预先对CF进行预先成型处理，后进行浸渍处理。而通过真空辅助注射的方式可以提高浸渍质量。并且，该种工艺可以再室温条件下进行也可以在加热条件下进行，具有较高的灵活性。且模具材料的选择范围也较广，钢材模具以及复合材料模具均可适用。但是缺陷就在于，只能进行大型制品的制作，这是由于工艺所采用设备限制。

2.3真空袋法成型工艺。该种方式时间里在喷射成型以及手糊成型工艺之上的新型工艺。该方式的优势就在于，成型后所得复合材料中CF含量相对较高，且铺层技术仅采用了最普通的湿法铺层技术；并且在加工过程中EP浸渍CF性能良好。而缺陷就在于，工艺较为复杂，因而劳动强度相对较大，而复杂的工艺也增加了成本，不利于推广使用。并且生产所需要的技术水平相对较高，这就会对生产效率造成影响。

2.4预浸料成型技术。首先将CF材料用EP进行预浸渍，在加压、加热以及溶剂环境下，进行预先处理。这种方式的优势就在于能够对EP材料同固化剂之间的配比进行精准的调整，并能够准确控制CF中EP的含量。另外在制造过程中可以使用高粘度树脂材料，这种材料的化学性能、热性能以及力学性能等较强且应用成本较低。缺陷就在于作业速度慢且消耗过高，制品尺寸受限，因而成本相对较高。

另外，低温固化预浸料、拉挤成型也是应用较多的成型工艺。

3复合材料的应用

3.1飞行器的轻型化。美国从F-14、F-15战斗机就开始采用EP/CF复合材料，以降低结构质量，提高推力，复合材料占总结构质量的2%～3%。F-18战斗机中先进复合材料已占总结构质量的10.3%，包括水平尾翼、方向舵、垂直稳定板、减速板等，由F-14和F-15的次承力结构材料逐步向主承力结构材料过渡。

3.2轻型机枪枪架。在轻型自动武器的研制过程中，需要实现的极其重要的战术技术指标是大幅度减轻武器系统的质量，提高武器的机动性，同时保证轻武器的射弹散布精度，尤其是连发射击精度，以满足现代战争对轻武器的战技指标要求。目前，我国在这方面做了大量的工作，已初见成效。

3.3新型连续抽油杆。有杆泵抽油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术，抽油杆是有杆泵系统中的关键部件，也是其中最薄弱的环节。CF具有高强度、高模量、质轻和耐腐蚀的特点，且价格稳步下降，是制备新型连续抽油杆的理想材料。以CF增强EP为主要原材料，采用拉挤成型工艺制备的新型连续抽油杆具有连续无接箍、横截面小和质轻等优点，完全克服了常规钢制抽油杆的缺点。

3.电叶片。洁净能源是全世界关心的问题，风力发电则是重要的洁净能源之一。据估计2020年世界发电总量中，风力发电要占12%。随着新型能源的开发利用，风力发电技术开始得到迅速发展，而复合材料也在风力发电装置中得到了广泛的应用，市场前景广阔。由于风力发电设备的功率不断增大，因而发电成本得到了进一步收缩。风力发电设备也开始向着长叶片大功率的方向发展，这就要求复合材料具有更高的性能，以保证转子的叶片能够承受住设备运转的要求。这不仅仅要求叶片的设计需要改变，同时也对材料的应用提出了更高的要求。而新型复合材料性能恰恰能够满足这一方面的要求。

3.5作为导电复合材料。该种材料主要由合成树脂以及一些具有优良导电能力的材料混合炼成，成型工艺主要利用了注射成型以及挤压成型的方式。在静电去除以及预防带电性能上具有巨大的优势，在导电材料以及半导体材料领域得到了广泛的推广。另外EP/CF材料还被用作高精度天线以及接骨板的制作中

结语

EP/CF材料成型工艺在不断的开发应用中得到了推广，新技术不断涌现，在发展的过程中其工艺向着更加便捷的方向发展，并更贴合环保这一时代的主题，成为了当前材料技术领域中的新宠儿。通过更高的生产性价比，EP/CF复合材料的应用以及成型工艺将会向着更高层次发展。

第9篇：复合材料范文

本发明涉及一种陶瓷基复合材料成形技术，综合了压注、注凝、浸渗的原理，用以制备形状复杂、结构组分密度均匀、高强度的陶瓷基复合材料坯体，再进行烧结即可获得高韧性陶瓷基复合材料制品。本发明提出的技术是一种创新的、制备高性能复杂形状纤维增强陶瓷基复合材料的低成本、近净尺寸的成形技术，与现有纤维增强陶瓷基复合材料成形制备技术相比，具有明显的优越性，成形时间短、生产效率高。

专利号：200810228400.2

氮化铝陶瓷材料及其制备方法

本发明公开了一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法。该方法是在现有常用制备方法的原料中添加纳米氧化铝，再按照常规制备工艺进行制备。可通过直接添加纳米氧化铝或添加有机铝，如仲丁醇铝、异丙醇铝或乙酰丙酮铝，并借助有机铝的低温分解间接获得原位生长的纳米氧化铝。该方法可应用于干压成形和流延成形，采用常压或热压烧结等陶瓷制备工艺，可获得分散特性好、均匀混合的氮化铝和纳米氧化铝浆料，有利于提高物料的烧结活性、降低烧结温度，以及提高陶瓷基板的色泽一致性、平整度和粗糙度，降低生产成本，在氮化铝陶瓷生产领域具有广泛的应用。

专利号：200810224311.0

一种碳化硅陶瓷的制备方法

本发明公开了一种碳化硅陶瓷的制备方法，具体为：采用固相烧结法，将竹炭粉碎研磨后，与硅粉按质量比1:3混合，将硅碳混合物与酚醛树脂按质量体积比为1:1混合均匀；将混合物在140℃下预加热成形；在真空或者Ar气氛状态下，将温度升高到设定的最终烧结温度进行高温烧结；保持温度30min，冷却制得SiC陶瓷材料。本发明利用竹材生物结构通过高温烧结而得到的碳化物材料，竹材在绝氧条件下进行炭化得到具有竹材孔隙结构的炭骨架，以此作为陶瓷相渗入和反应的生物模板，通过金属或者无机非金属物质渗入、烧结反应，使得到的陶瓷不仅具有竹材的精细结构，而且增加了反应面积，提高了合成速度，具有一般陶瓷制备方法无法比拟的优点。

专利号：200810224957.9

精铸用自反应氧化铝基复合陶瓷型芯及其制备方法

本发明提供了精铸用自反应氧化铝基复合陶瓷型芯及其制备方法，该复合陶瓷型芯是由刚玉粉及原位合成的钛酸铝、二钛酸镁和莫来石组成，所述复合陶瓷型芯由下列重量配比的原料制成：不同粒度的刚玉粉70～85%、氧化镁粉0～2%、二氧化钛粉8～20%、蓝晶石粉6～10%，并加入占该四种原料总质量的1～3%的碳粉作为易溃散剂。所述方法将前述原料混合，干压成形后高温烧制而成。本发明氧化铝基体中添加其他原料，所制备的陶瓷型芯高温化学稳定性和热稳定性良好；热膨胀系数较低；烧结后收缩率小，室温和高温强度均满足精密铸造用陶瓷型芯的要求。

专利号：200810199121.8

一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质

一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，涉及无机非金属材料技术领域，它采用常规的高压陶瓷电容器介质制备方法，利用电容器陶瓷的普通化学原料，制备得到无铅、无镉的无毒高性能中低温烧结(烧结温度为1100～1150℃)的高压高稳定陶瓷的电容器介质，该介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，并且在制备和使用过程中不污染环境，其特征在于所述介质的配方包括(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分别是采用常规的化学原料以固相法合成。其耐压高，可达10kV/mm以上，介电常数为2200～3500，电容温度变化率小，符合X7R特性、Y5T和Y5U特性的要求，使用过程中性能稳定性好，安全性高，对环境无污染。

专利号：200810155056.9

一种用于降低电声转换器压电陶瓷烧结温度的添加物