復(fù)合材料精選(九篇)
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第1篇：復(fù)合材料范文
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)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(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。
隨著科技的發(fā)展，樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步，生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問世，使高分子復(fù)合材料家族更加完備，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬噸，年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產(chǎn)品計入，其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長，而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣，發(fā)展較為緩慢，但中國尤其是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計，2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%，年產(chǎn)量約200萬噸。與此同時，美國復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，達(dá)到4%~6%。2000年，美國復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬噸左右。特別是汽車用復(fù)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(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān)，各國的占有率變化很大?？傮w而言，亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長，2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸，預(yù)計2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬噸。
從應(yīng)用上看，復(fù)合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬噸，歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計可達(dá)10.5萬噸。而在日本，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等，此類產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬噸，汽車等領(lǐng)域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮?，目前還有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如，為降低發(fā)動機(jī)噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發(fā)動機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)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(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時，隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視，高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)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(chǎn)品；而可降解復(fù)合材料也成為國內(nèi)外開發(fā)研究的重點。
另外，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)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(fù)合材料的增強(qiáng)材料
樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)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(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達(dá)到10%以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優(yōu)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(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件，大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止，我國已經(jīng)實用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中，只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國際先進(jìn)水平，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能，首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用工業(yè)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(yè)用碳纖維的年增長率估計會達(dá)到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達(dá)20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀(jì)80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)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(dá)到20%左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件（如火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(qiáng)度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)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(dǎo)流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運動器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復(fù)合材料
熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)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(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)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(dá)到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環(huán)氧樹脂，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家，總生產(chǎn)能力為50多萬噸，設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點，因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產(chǎn)量為18萬噸，進(jìn)口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)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(jī)械強(qiáng)度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)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(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)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(fù)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(chǎn)乙烯基酯樹脂。
1971年以前我國的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品，70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起，各地大量引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環(huán)氧樹脂（日、德）生產(chǎn)技術(shù)；在成型工藝方面，引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等，形成了從研究、設(shè)計、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家，已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，產(chǎn)品品種3000多種，總產(chǎn)量達(dá)73萬噸/年，居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面，有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)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(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模；在航空航天及軍事領(lǐng)域，輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)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(fù)合材料
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年展起來的，主要有長纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)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(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達(dá)國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產(chǎn)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(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、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(hù)罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?；墼鰪?qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用，如用作通風(fēng)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復(fù)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(wěn)定以及低密度、低價格等特點，利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門護(hù)欄、電機(jī)風(fēng)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(fù)合材料的研究開始于20世紀(jì)80年代末期，近十年來取得了快速發(fā)展，2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬噸，約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破，與發(fā)達(dá)國家尚有差距。
我國復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c
我國復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽?，但須處理好以下熱點問題。
1、復(fù)合材料創(chuàng)新
復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強(qiáng)材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年，亞洲占世界復(fù)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(qū)具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展
我國碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧、特點、國內(nèi)碳纖維發(fā)展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關(guān)情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整
我國玻璃纖維70%以上用于增強(qiáng)基材，在國際市場上具有成本優(yōu)勢，但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進(jìn)國家尚有差距，必須改進(jìn)和發(fā)展紗類、機(jī)織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈，推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作，促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。
4、開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場
一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料，包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)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(fù)合材料，包括汽車車身、構(gòu)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(jī)用復(fù)合材料，主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%，主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機(jī)661架，將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè)，復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套；四是船艇用復(fù)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(fā)展緩慢，但復(fù)合材料特有的優(yōu)點仍有發(fā)展的空間。
5、纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用
國內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點，特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲倉修補(bǔ)和加固中市場廣闊。
6、復(fù)合材料綜合處理與再生
第2篇：復(fù)合材料范文
除固體火箭發(fā)動機(jī)殼體、壓力容器等回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)以纏繞工藝制造為主外，對行器重要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)主要還是以熱壓罐工藝生產(chǎn)，并圍繞該工藝出現(xiàn)了各種整體化成型技術(shù)和自動化制造技術(shù)［1］。
1．1數(shù)字化制造技術(shù)
數(shù)字化制造是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的趨勢，近年來，數(shù)字化以其柔性好、響應(yīng)快、質(zhì)量高、成本低，正逐漸成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心［2］。在傳統(tǒng)的復(fù)合材料研制模式中，設(shè)計、分析及制造之間的數(shù)據(jù)是通過模擬量傳遞，構(gòu)件質(zhì)量在很大程度上依賴于工人的經(jīng)驗和熟練程度。而通過在復(fù)合材料構(gòu)件研制過程中引入數(shù)字化技術(shù)，可以保證設(shè)計、分析、制造數(shù)據(jù)源的唯一，做到復(fù)合材料CAD／CAE／CAM一體化，便于數(shù)字量傳遞，減少研制時間，加快研制進(jìn)度。復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化制造過程涉及到的技術(shù)主要包括：可制造性分析、復(fù)合材料構(gòu)件鋪層展開、模具和夾具的快速設(shè)計、模架的選型及快速設(shè)計、工裝零組件的快速裝配技術(shù)、鋪層排樣技術(shù)、數(shù)控下料技術(shù)、激光定位技術(shù)、成型工藝的仿真及優(yōu)化技術(shù)、工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳遞接口技術(shù)等［3］。以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家首先采用了數(shù)字化技術(shù)。這項技術(shù)以全面采用數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化預(yù)裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、并行工程和虛擬制造技術(shù)為主要標(biāo)志，從根本上改變了復(fù)合材料傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式，大幅度提高了制造技術(shù)水平［4］。目前，世界先進(jìn)的飛機(jī)制造商已經(jīng)利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)了飛機(jī)的“無紙化”設(shè)計和生產(chǎn)，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(shù)字制造技術(shù)與傳統(tǒng)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(shù)字化制造的先河［5］。中國中航工業(yè)集團(tuán)針對某機(jī)型復(fù)合材料制件的生產(chǎn)［6］，建立了中國首個航空復(fù)合材料制件的數(shù)字化技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)，依托數(shù)字化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支撐，通過數(shù)據(jù)庫與生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)交換接口系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與數(shù)字化生產(chǎn)線對接，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、車間MES系統(tǒng)、工裝設(shè)計生產(chǎn)、固化成型、無損檢測、裝配等實現(xiàn)數(shù)字化，并將各環(huán)節(jié)的軟件接口進(jìn)行對接，打通了復(fù)合材料制件數(shù)字化制造過程，起到提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研制周期，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的目的。在中國民用飛機(jī)研制中也將復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計制造技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計與制造各環(huán)節(jié)數(shù)字化、數(shù)據(jù)流暢通和復(fù)合材料構(gòu)件在并行工作模式下的設(shè)計、工藝、制造、檢測全過程的集成，促進(jìn)飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件的大面積使用和降低制造成本。
1．2自動化制造技術(shù)
采用預(yù)浸料／熱壓罐工藝制備復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，首先需要按設(shè)計要求將一定尺寸、形狀、數(shù)量的預(yù)浸料在模具上鋪疊成層合結(jié)構(gòu)的坯料，然后再將其放入熱壓罐中固化。預(yù)浸料坯料，即預(yù)浸料預(yù)成型體的制備是整個制造過程中周期最長、勞動強(qiáng)度最大的工藝環(huán)節(jié)，也是決定復(fù)合材料制造質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的預(yù)浸料／熱壓罐工藝采用下料、人工鋪貼、預(yù)壓實的方式進(jìn)行預(yù)浸料預(yù)成型體的制備，存在時間長、成本高、工藝質(zhì)量不易控制、大型制件難以制造等問題。因此如何實現(xiàn)預(yù)浸料預(yù)成型體的機(jī)械化、自動化制造成為了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)低成本高品質(zhì)制造技術(shù)的核心［7］，近些年涌現(xiàn)出自動鋪放技術(shù)、熱隔膜技術(shù)、機(jī)械變形成型技術(shù)等，在極大提高生產(chǎn)效率的同時，保證了成型質(zhì)量的穩(wěn)定性。1．2．1自動鋪放技術(shù)自動鋪放技術(shù)包括自動鋪絲（AFP）和自動鋪帶（ATL），共同特點是使用預(yù)浸料實現(xiàn)預(yù)成型體的數(shù)字化、自動化制造。ATL技術(shù)主要用于機(jī)翼壁板等小曲率、平面類結(jié)構(gòu)成型，AFP技術(shù)主要用于機(jī)身等大曲率復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型。自動鋪帶技術(shù)集預(yù)浸料裁剪、定位、鋪貼、壓實等于一體，其自動化成型CAD／CAM技術(shù)涉及原材料選擇、材料設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與鋪層設(shè)計、線型設(shè)計、工藝制度設(shè)計、運動參數(shù)計算、成型加工與檢測、模具技術(shù)等多方面［8］。根據(jù)復(fù)合材料預(yù)浸帶的特性，自動鋪帶CAD／CAM軟件開發(fā)中都要遵循“自然路徑”的概念［9］，否則會出現(xiàn)纖維的褶皺、預(yù)浸帶難以貼合模具表面以及預(yù)浸帶之間留下縫隙等缺陷；而自動鋪絲技術(shù)中，各預(yù)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(xiàn)連續(xù)變角度鋪放，但不同的鋪放軌跡可能會影響生產(chǎn)效率以及制件的成型質(zhì)量。由此可見，對于自動鋪放工藝，鋪放軌跡的設(shè)計是控制工藝質(zhì)量的核心，而通過計算機(jī)模擬鋪放過程，定義并優(yōu)化鋪放軌跡是主要途徑。美國Cincinnati公司［10］以CATIA為基礎(chǔ)開發(fā)的ACRAPATH可實現(xiàn)離線的模型導(dǎo)入、軌跡生產(chǎn)、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?qū)崿F(xiàn)調(diào)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(chǔ)開發(fā)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(yīng)用數(shù)學(xué)中心（CIMPA）SA注冊的TapeLay軟件設(shè)計并集成到CATIAV5的CAM模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)鋪帶軌跡規(guī)劃線型的比較與仿真［12］。國內(nèi)相關(guān)方面研究起步相對較晚，主要是樣機(jī)研制、產(chǎn)品試制以及技術(shù)儲備階段。在自動鋪帶方面，肖軍等［13］根據(jù)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(huán)境，應(yīng)用弧長展開變換方法構(gòu)造了柱面鋪帶軌跡算法，開發(fā)了具有機(jī)器代碼生成的仿真軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)給定形狀、給定鋪層構(gòu)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(fā)了基于OpenGL的自動鋪絲運動模擬設(shè)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(gòu)建適當(dāng)?shù)那娴染嗥揭七M(jìn)行軌跡規(guī)劃和選取合適的參考軸線，并構(gòu)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(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)仿真纖維鋪放路徑規(guī)劃的軟件系統(tǒng)，利用平行投影定理實現(xiàn)鋪放軌跡在網(wǎng)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(jié)構(gòu)成型技術(shù)航空復(fù)合材料中加筋壁板結(jié)構(gòu)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(yù)浸料坯料，然后采用熱隔膜工藝或機(jī)械變形工藝將其成型為帶曲率預(yù)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(fù)合材料，熱隔膜工藝［16］最初是用于熱塑性復(fù)合材料的制造，而后發(fā)展為帶曲率熱固性復(fù)合材料預(yù)制件的重要成型方法。該技術(shù)先將自動鋪帶機(jī)或人工鋪覆成的平板結(jié)構(gòu)放置于熱隔膜成型機(jī)上，平板結(jié)構(gòu)表面覆蓋一種延展性和強(qiáng)度較高的隔膜，在隔膜內(nèi)部抽真空，利用負(fù)壓和紅外輻射加熱，將平板結(jié)構(gòu)整體貼合模具成型，從而壓實成具有曲面結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，如圖1所示。工藝過程中復(fù)合材料受熱溫度較低，未發(fā)生明顯固化，因此需再用熱壓罐等工藝進(jìn)行固化。該方法非常適合于大型曲面復(fù)雜件，如梁和長桁的制造，預(yù)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(yù)浸料鋪層之間、預(yù)浸料與模具表面以及預(yù)浸料與熱隔膜之間均發(fā)生著復(fù)雜的摩擦行為，還涉及到紅外加熱、模具預(yù)加熱帶來的溫度場變化，需要控制合理的預(yù)浸料滑移量和滑移速度，才能避免預(yù)制件中發(fā)生纖維褶皺等缺陷。作者團(tuán)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(yù)成型體和模具溫度的變化規(guī)律以及成型溫度、預(yù)成型體尺寸、成型速率對試件表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷的影響，并建立了預(yù)浸料滑移摩擦力測試方法，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控工藝溫度和抽真空速率，可以改變預(yù)浸料滑移摩擦力的大小和滑移量，最終影響復(fù)合材料的工藝質(zhì)量。借助計算機(jī)模擬技術(shù)，可以分析熱隔膜工藝中溫度場和預(yù)浸料的滑移狀態(tài)。如Pantelakis和Baxevani［19］研究了熱隔膜工藝的產(chǎn)品質(zhì)量及成本的最優(yōu)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(shù)值模擬分析了熱塑性復(fù)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(fù)合材料雙隔膜成型過程進(jìn)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(nèi)的影響成型質(zhì)量的因素，并進(jìn)一步分析了預(yù)浸料鋪層的滑移變形過程。下一步研究趨勢應(yīng)為實現(xiàn)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(yīng)力分布的預(yù)報。2）機(jī)械變形成型工藝機(jī)械方式的變形成型工藝，其實質(zhì)是熱隔膜成型工藝的發(fā)展。熱隔膜在成型時只有一個真空負(fù)壓的作用，難以成型厚度較大的層板，而采用機(jī)械壓力則可以完成厚層板的變形，得到帶曲率預(yù)成型體。該技術(shù)依然是利用自動鋪帶技術(shù)將預(yù)浸料鋪疊成平板，然后利用機(jī)械的方式將平板貼向具有一定曲面構(gòu)型的模具，預(yù)浸料平板一端被設(shè)備對壓運動機(jī)構(gòu)固定，另一端放置在成型機(jī)構(gòu)端的上下加熱片間，加熱后，預(yù)浸料層在設(shè)備下壓運動的機(jī)械作用下成型成L型制件，并可通過對壓運動機(jī)構(gòu)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(jī)械方式的變形成型工藝易于工廠自動化生產(chǎn)和流水線作業(yè)，對提高梁結(jié)構(gòu)制件的生產(chǎn)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(jī)的熱塑性基體復(fù)合材料水平安定面。目前，空客已將機(jī)械方式的變形成型工藝運用到A350XWB機(jī)翼長桁的自動化生產(chǎn)線上。
1．3整體化成型技術(shù)
易于實現(xiàn)大面積整體成型是復(fù)合材料制造的顯著特點之一，對行器結(jié)構(gòu)而言，大面積整體成型復(fù)合材料在滿足結(jié)構(gòu)總體性能要求的前提下，可以大幅減少零件與緊固件數(shù)目，從而減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)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(guān)鍵技術(shù)之一。1）基于熱壓罐成型的共固化技術(shù)對于熱壓罐工藝而言，整體成型的關(guān)鍵是共固化／共膠接（Cocured／Cobonded）技術(shù)。在國防和民用飛行器方面，復(fù)合材料大面積整體成型技術(shù)均發(fā)展迅速，獲得了顯著效益，如F－22和F－35機(jī)翼均由4塊整體成型機(jī)翼壁板構(gòu)成，B－2外翼由兩塊大的外翼蒙皮構(gòu)成；大型客機(jī)方面，A380中央翼、Boeing787機(jī)身和機(jī)翼、空客A350XWB機(jī)翼都采用了復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)［24］。目前對于大型復(fù)雜構(gòu)件，如大尺寸變厚度結(jié)構(gòu)、多筋厚蒙皮結(jié)構(gòu)和整體框、梁等結(jié)構(gòu)的整體成型技術(shù)，如何實現(xiàn)大型復(fù)合材料構(gòu)件整體化成型與結(jié)構(gòu)設(shè)計分析相結(jié)合，提高質(zhì)量控制精度是目前的研究重點。此外，結(jié)合自動鋪放技術(shù)的整體化成型技術(shù)已成為航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的首選工藝。例如Boeing787的所有翼面及翼盒構(gòu)件均采用自動鋪帶技術(shù)制造，機(jī)身段采用自動鋪絲技術(shù)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(jī)的后機(jī)身，F(xiàn)－22和F－35復(fù)合材料的S形進(jìn)氣道采用自動鋪絲技術(shù)制造［25］。2）預(yù)浸料／液體成型的共固化技術(shù)預(yù)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(shù)人員考慮將兩者結(jié)合，取長補(bǔ)短，在性能和成本上做出平衡，由此預(yù)浸料／液體成型共固化工藝應(yīng)運而生。該工藝原理［26］是將預(yù)浸料鋪層和干纖維預(yù)成型體組合在一起，將樹脂注入干纖維預(yù)成體中，進(jìn)一步使其與預(yù)浸料鋪層一同固化形成一個整體，預(yù)浸料鋪層主要用于蒙皮結(jié)構(gòu)，干纖維預(yù)成型體主要用于筋條、凸臺、連接部分等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該工藝可以通過改變預(yù)浸料鋪層、干纖維預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)和組合方式，制造復(fù)雜形狀構(gòu)件，可以大幅度減少零件、緊固件的數(shù)量和裝配工序，并且簡化了模具設(shè)計和樹脂充模過程，從而降低了制造成本，減輕了制件質(zhì)量。此外，預(yù)浸料鋪層和干纖維預(yù)成型體可以根據(jù)要求選擇不同種類的樹脂、纖維和織構(gòu)形式，從而靈活地設(shè)計制件的性能。典型的預(yù)浸料／液體成型共固化工藝包含樹脂傳遞模塑／預(yù)浸料共固化工藝（Co－curingResinTransferMoldingProcess，Co－RTM）、真空灌注／預(yù)浸料共固化工藝（Co－curingVacuumAssistantResinInfusionProcess，Co－VARI）、樹脂膜熔滲／預(yù)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(jī)承力結(jié)構(gòu)，被證明是一種極具發(fā)展前途的復(fù)合材料低成本整體成型制造技術(shù)。例如，Co－RTM工藝首先由美國NorthropGrum－man公司［27］提出，用于生產(chǎn)大型整體復(fù)合材料制件，繼而在美國CAI計劃中得到進(jìn)一步發(fā)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(zhì)量減少7％，零件數(shù)減少52％，模具數(shù)減少38％；F－35采用三維編織加強(qiáng)筋和絲束鋪放的Co－RTM工藝制造整體進(jìn)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(fù)合材料力學(xué)性能達(dá)到了所用的OoA（OutofAutoclaveProcess）預(yù)浸料強(qiáng)度的水平。作者團(tuán)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(xué)性能低于預(yù)浸料／熱壓罐工藝，而高于RFI工藝，預(yù)浸料部分與RFI部分的結(jié)合界面性能優(yōu)異，同時工藝周期短，有望用于民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造。航天特種材料及工藝研究所采用Co－RTM工藝制備復(fù)雜彈體結(jié)構(gòu)，簡化了模具結(jié)構(gòu)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(shù)
2．1非熱壓罐技術(shù)
非熱壓罐技術(shù)常被稱為OoA，是相對于傳統(tǒng)的熱壓罐成型技術(shù)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(zhì)量的復(fù)合材料制件［36］。廣義上來說，凡是不使用熱壓罐設(shè)備的復(fù)合材料制件的成型方法，都可以稱之為非熱壓罐成型技術(shù)。目前為止，在航空航天制件中獲得應(yīng)用的非熱壓罐成型技術(shù)主要有以下幾種［37］：非熱壓罐預(yù)浸料技術(shù)、液體成型技術(shù)、先進(jìn)拉擠成型技術(shù)、預(yù)浸料模壓成型技術(shù)等。在這些技術(shù)中，由于非熱壓罐預(yù)浸料技術(shù)更接近于傳統(tǒng)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(chǔ)，因而被視為最有可能大規(guī)模實現(xiàn)的非熱壓罐成型技術(shù)。非熱壓罐預(yù)浸料技術(shù)是以預(yù)浸料層合結(jié)構(gòu)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(zhì)量和機(jī)械性能與熱壓罐工藝相當(dāng)，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(dāng)流動特性的樹脂體系，并制備出部分浸潤纖維的預(yù)浸料是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)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(yù)浸料坯料內(nèi)部通道，能夠保證揮發(fā)充分和夾雜空氣充分排除，獲得低的孔隙率。目前，國外的預(yù)浸料制造商已研發(fā)出多種用于OoA工藝的預(yù)浸料體系，用于制造飛機(jī)的非承力、次承力、主承力結(jié)構(gòu)。如英國ACG公司［38］推出的MTM44－1環(huán)氧預(yù)浸料體系已經(jīng)通過了空客公司的認(rèn)證，將應(yīng)用機(jī)的主承力結(jié)構(gòu)，MTM44－1已經(jīng)在ALCAS（AdvancedLowCostAircraftStructure）計劃中應(yīng)用于制造民機(jī)機(jī)翼中央翼盒下壁板、商務(wù)機(jī)機(jī)翼平臺、機(jī)翼C型梁試驗件、C－17運輸機(jī)后緣等飛機(jī)結(jié)構(gòu)件演示驗證件。ACG公司的MTM45－1正在空客認(rèn)證過程中，已經(jīng)在美國“先進(jìn)復(fù)合材料貨運飛機(jī)”（Ad－vancedCompositesCargoAircraft）計劃中得到了初步應(yīng)用，MTM45－1被作為該計劃驗證機(jī)全復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)材料。美國Hexcel公司［39］的HexPly?M56、Cytec公司的Cycom?5215預(yù)浸料也在民用航空領(lǐng)域有好的應(yīng)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(fù)合材料構(gòu)件，如復(fù)合材料乘員艙（Compos－iteCrewModule，CCM）、直徑達(dá)10m的太空發(fā)射系統(tǒng)的有效載荷整流罩等；ACG推出的LTM45系列材料應(yīng)用于Delta火箭筒段等結(jié)構(gòu)。國內(nèi)的研究尚處于起步階段，中航工業(yè)集團(tuán)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(yù)浸料在真空袋壓成型下能達(dá)到1％的孔隙率。圖4非熱壓罐預(yù)浸料M56制備的厚層板照片F(xiàn)ig．4MorphologyofthicklaminatemadeofM56outofautoclaveprepreg微波固化［42］屬于新興的非熱壓罐固化技術(shù)。與熱壓罐和烘箱的表面加熱技術(shù)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(shè)備如圖5所示。英國GKN［43］宇航公司在微波固化技術(shù)商業(yè)化方面開展了大量工作，該公司采用微波技術(shù)和商業(yè)化的環(huán)氧預(yù)浸料制備了飛機(jī)襟翼加筋壁板等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)與熱壓罐工藝相比，固化質(zhì)量相當(dāng)，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(yīng)充分掌握復(fù)合材料、模具、工藝輔助材料吸收微波能量的特性，以合理設(shè)計工藝條件。
2．2液體成型
液體成型技術(shù)（LCM，LiquidCompositesMolding）［44］是一種世界公認(rèn)的低成本制造技術(shù)，在航空航天領(lǐng)域發(fā)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(shù)不采用預(yù)浸料，投資較小、生產(chǎn)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(shù)制備纖維預(yù)成型體，克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料層間強(qiáng)度低、易分層的弱點，提高了復(fù)合材料的抗損傷能力。目前液體成型技術(shù)在航空航天承力結(jié)構(gòu)上獲得了越來越多的應(yīng)用，如美國F－22［45］的360個零件采用RTM工藝制造，包括機(jī)翼正弦波梁、尾翼工字形梁、肋、機(jī)身框、襟副翼等；空客A380的機(jī)翼后緣和后壓力隔框，Boeing787機(jī)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(jī)翼蒙皮、前機(jī)身、機(jī)翼翼梁、垂尾、運輸機(jī)貨艙門、彈道導(dǎo)彈儀器艙段的制造［47］。此外，國內(nèi)外也開始將Z向增強(qiáng)技術(shù)與液體成型工藝相結(jié)合，具有工藝成本低，整體化程度高且界面連接強(qiáng)度大等優(yōu)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(fù)合材料韌性普遍低于預(yù)浸料／熱壓罐工藝，而纖維預(yù)成型體增韌技術(shù)成為了解決這一問題的重要途徑［49］。美國Cytec公司開發(fā)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(qiáng)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(xiàn)對復(fù)合材料增韌的同時不影響充模樹脂優(yōu)良的流動性，獲得工藝質(zhì)量易控、韌性優(yōu)異的復(fù)合材料。益小蘇和杜善義［50］發(fā)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(fù)合材料韌性。為了進(jìn)一步降低成本、擴(kuò)大適用范圍，新型的液體成型技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。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(dǎo)熱流體中，基于流體導(dǎo)熱的優(yōu)勢，實現(xiàn)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(dá)到22℃／min。該技術(shù)已用于制造F－35戰(zhàn)斗機(jī)的垂直尾翼翼梁等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。美國Hexcel公司開發(fā)了能夠鋪放干纖維的自動鋪放設(shè)備和單向帶HiTape?，實現(xiàn)了干纖維預(yù)成型體的自動化制備，然后進(jìn)行樹脂注射或灌注工藝，固化得到制件的纖維含量可以達(dá)到60％，其力學(xué)性能與熱壓罐工藝相當(dāng)，因此有望用機(jī)主承力結(jié)構(gòu)。
2．3預(yù)浸料拉擠成型技術(shù)
拉擠成型是一種連續(xù)生產(chǎn)復(fù)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(jìn)行預(yù)成型和固化，其自動化程度較高。先進(jìn)拉擠成型技術(shù)簡稱ADP（AdvancedPultru－sion），是直接對預(yù)浸料進(jìn)行拉擠成型的自動化生產(chǎn)工藝，尤其適合生產(chǎn)各類直線性、固定截面的型材。ADP成形技術(shù)綜合了手工預(yù)浸料鋪疊力學(xué)性能優(yōu)勢和拉擠成形自動化的優(yōu)勢，根據(jù)最終型材外形和性能要求，選擇預(yù)浸料的合適寬度、預(yù)浸料層數(shù)和鋪層方向。由于原材料采用的是預(yù)浸料，可以根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計要求，實現(xiàn)任何鋪層（包括單向和±45°織物預(yù)浸料）的組合。由于空客A380、A350、Boeing787、A400M等大型飛機(jī)大量使用復(fù)合材料筋肋與蒙皮共固化的工藝技術(shù)，采用ADP技術(shù)制造的長桁和梁類構(gòu)件容易實現(xiàn)制件固化度的控制，達(dá)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(yīng)不同型面，如翼面、機(jī)身壁板，最終與壁板共固化得到加筋壁板結(jié)構(gòu)件［52－53］。采用ADP技術(shù)制造的復(fù)合材料型材自1996年開始應(yīng)用于A330－200的垂尾以來，空客所有垂尾上復(fù)合材料的拉擠構(gòu)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(fù)合。同樣，近年投入航線運營的空客A380機(jī)體結(jié)構(gòu)中也大量使用了采用ADP成形技術(shù)生產(chǎn)的梁、桁構(gòu)件，不僅在垂尾中大量采用了拉擠型材，而且機(jī)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(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造技術(shù)
以往的熱塑性樹脂基復(fù)合材料因力學(xué)性能偏低、尺寸穩(wěn)定性差等問題，在飛行器結(jié)構(gòu)上鮮有應(yīng)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(xù)纖維復(fù)合材料的出現(xiàn)，使其在飛行器上的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。例如，PEEK預(yù)浸料已經(jīng)應(yīng)用在F117A的全自動尾翼、C－130機(jī)身的腹部壁板、法國陣風(fēng)機(jī)身蒙皮等，空客A340／A380飛機(jī)機(jī)翼前緣應(yīng)用了玻璃纖維增強(qiáng)的聚苯硫醚復(fù)合材料［56－58］。Fokker公司目前正在開發(fā)碳纖維增強(qiáng)聚醚酮酮熱塑性復(fù)合材料相關(guān)技術(shù)，擬用在下一代商業(yè)飛機(jī)的主承力結(jié)構(gòu)上，目前已經(jīng)做出了扭矩盒示范件，如圖9所示。該扭矩盒長達(dá)12m，通過感應(yīng)焊接法將加強(qiáng)筋焊接在扭矩盒上。連續(xù)熱塑性復(fù)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(wěn)定的特點使其應(yīng)用越來越廣泛。此外，適用于熱塑性復(fù)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(fā)。熱塑性預(yù)浸料黏性極低，需要鋪放頭有較高的加熱能力才能實現(xiàn)鋪放，通常采用激光加熱的方式。此外，與熱固性樹脂基復(fù)合材料的自動鋪放工藝不同的是，熱塑性復(fù)合材料在鋪放時若溫度和壓力適宜，鋪放后可以達(dá)到足夠的密實程度，有可能不需要再進(jìn)行熱壓罐固化，從而進(jìn)一步降低制造成本。
3復(fù)合工藝?yán)碚撆c制造模擬
復(fù)合材料工藝過程發(fā)生著物理、化學(xué)、物理／化學(xué)耦合、熱／力耦合等復(fù)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(nèi)在聯(lián)系及對最終產(chǎn)品的影響，工藝質(zhì)量將難以控制，采用大量實驗和經(jīng)驗摸索出的工藝方案適用性較差。為此，大量研究關(guān)注了復(fù)合材料工藝各環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)理論問題，并且試圖用各種物理模型和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定性和定量的描述，為制造方案的制定和優(yōu)化提供依據(jù)。此外，復(fù)合材料工藝模型通常較為復(fù)雜，難以得到解析解，因此借助計算機(jī)對其進(jìn)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(nèi)應(yīng)力等重要參量隨時間、位置的變化數(shù)據(jù)，進(jìn)而評估制造缺陷的程度，優(yōu)化工藝參數(shù)［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(guān)理論分析和模擬難度大，但很重要。
3．1復(fù)合材料傳熱行為
熱壓罐內(nèi)存在著罐內(nèi)氣體與模具、復(fù)合材料成型封裝體系的熱量交換以及復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部的熱量變化。兩個溫度場保持相對獨立穩(wěn)定性的同時又存在著相互影響，造成整個體系內(nèi)復(fù)雜的溫度分布情況，直接影響復(fù)合材料成型質(zhì)量［64－68］。熱壓罐內(nèi)溫度場多采用笛卡兒坐標(biāo)系下的N－S控制方程來描述，利用計算流體力學(xué)中連續(xù)、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(nèi)強(qiáng)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(xiàn)熱壓罐內(nèi)的模具溫度分布情況的預(yù)報，并可以對溫度場工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)和罐內(nèi)擺放位置等因素進(jìn)行研究，優(yōu)化罐內(nèi)溫度分布情況［69－72］。
3．2復(fù)合體系傳質(zhì)與傳壓行為
纖維密實／樹脂滲流是指在外加壓力作用下，復(fù)合材料成形體內(nèi)樹脂相對于纖維而流動，并導(dǎo)致纖維堆積和排列狀態(tài)發(fā)生變化。為實現(xiàn)復(fù)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(dá)西定律和質(zhì)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(tuán)隊提出了漸進(jìn)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(shù)對密實的影響。3．3應(yīng)力與變形材料的熱脹冷縮反應(yīng)、樹脂固化收縮效應(yīng)以及復(fù)合材料與模具材料在熱膨脹系數(shù)上的巨大差異，使得制件結(jié)構(gòu)內(nèi)部將不可避免地產(chǎn)生殘余應(yīng)力，進(jìn)而引起復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在脫模后產(chǎn)生回彈變形以及翹曲變形，使構(gòu)件在室溫下的自由形狀與預(yù)期的設(shè)計形狀存在一定的差異，即產(chǎn)生固化變形［87－92］。熱應(yīng)變的產(chǎn)生是由于在復(fù)合材料固化成型過程中，復(fù)合材料的溫度受熱傳遞和樹脂固化反應(yīng)放熱的影響，不斷產(chǎn)生變化，當(dāng)溫度增高時，復(fù)合材料受熱膨脹，當(dāng)溫度下降時，復(fù)合材料收縮，從而產(chǎn)生了隨溫度而改變的熱應(yīng)變。在復(fù)合材料的固化成型過程中，樹脂基體發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，使復(fù)合材料產(chǎn)生體積收縮，由于復(fù)合材料內(nèi)部固化度的不一致，各部分的收縮并不相同，從而導(dǎo)致了化學(xué)收縮應(yīng)變的產(chǎn)生［93－100］。復(fù)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(bǔ)償量，同時考慮型面補(bǔ)償導(dǎo)致的制件變形，最終使得構(gòu)件尺寸達(dá)到預(yù)期值［101－104］。
4成型工藝質(zhì)量控制方法
先進(jìn)復(fù)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(fù)雜且難以直接觀察，涉及到了熱量傳遞、固化反應(yīng)、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(xué)及其耦合變化。不同的樹脂體系和纖維增強(qiáng)體的物理和化學(xué)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(shù)、模具方案、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等交織在一起。同時航空航天結(jié)構(gòu)高昂的制造成本，要求保證高的成品率，這使得工藝質(zhì)量的控制成為了復(fù)雜而又核心的技術(shù)。復(fù)合材料工藝質(zhì)量控制技術(shù)包含工程技術(shù)和科學(xué)研究兩個方面，前者往往在產(chǎn)品生產(chǎn)中起決定作用，而后者往往在產(chǎn)品研制中有重要地位。
4．1工程技術(shù)規(guī)范與數(shù)據(jù)庫
航空航天工業(yè)已充分認(rèn)識到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)這一特點，并在積木式設(shè)計驗證程序中對材料與工藝控制進(jìn)行鑒定，建立材料規(guī)范和工藝規(guī)范，保證能生產(chǎn)出可重現(xiàn)且可靠的結(jié)構(gòu)。例如FAA制定出版了預(yù)浸料和復(fù)合材料規(guī)范及工藝規(guī)范編制指南，加快了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制與適航審定進(jìn)度，降低了成本，保證了工藝質(zhì)量［109］。復(fù)合材料工藝規(guī)范中，對相應(yīng)產(chǎn)品所涉及的所有制造因素都進(jìn)行了明確規(guī)定，如適用范圍、引用文件、材料要求、設(shè)備和設(shè)施要求、人員要求、工裝要求、制造要求（鋪層、預(yù)壓實、真空袋封裝、溫度監(jiān)測、固化、膠接、脫模、工裝）、驗收標(biāo)準(zhǔn)等。材料規(guī)范和工藝規(guī)范制定過程中，數(shù)據(jù)庫是其必不可少的依據(jù)，數(shù)據(jù)庫應(yīng)包含原材料、中間材料、芯材、復(fù)合材料等物理、化學(xué)、工藝、力學(xué)等性能，這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性需要有足夠的實驗批次、合理的實驗矩陣、先進(jìn)的測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、嚴(yán)格的檢測工作質(zhì)量管理體系作為保障。從1994年開始在NASA、FAA和美國70家企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及政府機(jī)構(gòu)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(fā)展一種通用的復(fù)合材料鑒定和性能等同判斷方法及規(guī)則，建立共享的數(shù)據(jù)庫，大幅度降低材料鑒定的成本和時間，加快通用飛機(jī)設(shè)計、發(fā)展進(jìn)程和適航審定。2005年，NASA的技術(shù)人員認(rèn)識到AGATE的方法應(yīng)該從通用航空領(lǐng)域推廣到整個航空行業(yè)，于是建立了國家先進(jìn)材料性能中心（NationalCenterforAdvancedMaterialsPerformance，NCAMP），該中心制定了大量指導(dǎo)性文件，尤其是包含了復(fù)合材料體系適航審定中材料規(guī)范、工藝規(guī)范以及數(shù)據(jù)庫的大量內(nèi)容，為復(fù)合材料在民用航空上的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)［109－110］。中航工業(yè)集團(tuán)公司針對中國航空用材料體系，建立了復(fù)合材料工程數(shù)據(jù)庫，覆蓋了目前中國航空工業(yè)的主要材料牌號，并研究了數(shù)據(jù)庫的管理和應(yīng)用技術(shù)。高航等歸納總結(jié)了復(fù)合材料典型構(gòu)件加工特征，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了復(fù)合材料典型特征加工工藝數(shù)據(jù)庫，利用該數(shù)據(jù)庫可以將復(fù)合材料的相關(guān)加工工藝信息進(jìn)行合理分類存儲，便于用戶進(jìn)行檢索［111］。美國十分重視復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)化工作。自20世紀(jì)70、80年代開始，由美國國防部下屬的MIL－HDBK－17協(xié)調(diào)委員會編制有關(guān)復(fù)合材料性能表征、性能數(shù)據(jù)和在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用指南的軍用手冊，被國外的復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研制的工程技術(shù)人員稱為“復(fù)合材料的圣經(jīng)”，該系列手冊于2013年宣布廢止，并由美國SAE協(xié)會制訂的CMH－17系列復(fù)合材料手冊替代，其中與MIL－HDBK－17F相比，在“生產(chǎn)材料和工藝過程的質(zhì)量控制”章節(jié)中，有大量更新，包含了材料采購質(zhì)量保證程序、零件制造檢驗、管理材料和工藝中的變更、改進(jìn)工藝的統(tǒng)計工具等內(nèi)容［110］。從目前工藝規(guī)范和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用看，建立統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計／制造／評價共享數(shù)據(jù)庫是促進(jìn)復(fù)合材料工業(yè)快速發(fā)展的重要措施。
4．2復(fù)合材料制造裝備
第3篇：復(fù)合材料范文
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料，教學(xué)改革，選修課
【中圖分類號】TB33-4
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料，與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有許多優(yōu)點，比如其成分及性能的可設(shè)計性高，由于加入了高性能的增強(qiáng)相，其強(qiáng)度和彈性模量很高，尤其是比強(qiáng)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料，另外還具有抗疲勞、斷裂性能好、結(jié)構(gòu)功能一體化等一系列優(yōu)越性能，是其他材料難以替代的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，在國防、機(jī)械、化工、醫(yī)療等各領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是新技術(shù)革命賴以發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，復(fù)合材料已成為新材料研究領(lǐng)域的重要方向，對于材料科學(xué)的發(fā)展意義重大。正因如此，眾多高校非常重視復(fù)合材料課程的開設(shè)，《復(fù)合材料》是材料學(xué)院材料科學(xué)與工程、金屬材料、高分子材料等非復(fù)合材料專業(yè)本科生的專業(yè)選修課之一。根據(jù)復(fù)合材料涉及的分類，這門課程主要講述復(fù)合材料增強(qiáng)體、復(fù)合材料的設(shè)計原理、聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解復(fù)合材料的基本理論知識、分類及其應(yīng)用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常見復(fù)合材料制備方法，以提高對于復(fù)合材料的設(shè)計、制造、性能及應(yīng)用能力。但本課程的特點是內(nèi)容繁雜，涉及了基體、增強(qiáng)體、復(fù)合原理、材料設(shè)計、成型方法及工藝、生產(chǎn)設(shè)備等內(nèi)容，涵蓋化學(xué)、物理、計算機(jī)、工程學(xué)等方面的基礎(chǔ)課程。因此，在教學(xué)中普遍存在學(xué)生對所涉及的概念、理論不甚理解，導(dǎo)致厭學(xué)、重視不足現(xiàn)象，同時也存在教師很難將知識點一一闡述透徹，學(xué)生難以進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)等問題。另外，該課程多為陳述性內(nèi)容，在授課過程中很容易陷入乏味的陳述之中，使得學(xué)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(xué)過程中進(jìn)行了改革，并分析復(fù)合材料學(xué)課程理論教學(xué)改革的方法和意義，以期為高等院校的相關(guān)課程和專業(yè)建設(shè)提供一定的參考。
1 授課內(nèi)容改革
大學(xué)教育是創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的搖籃，其專業(yè)選修課教學(xué)內(nèi)容旨在開闊學(xué)生的視野，提高其創(chuàng)造創(chuàng)新能力，因此在教學(xué)中應(yīng)該剔除陳舊的知識、固定的模式?！稄?fù)合材料》這門課程的知識信息量比較大、直觀性比較強(qiáng)，其內(nèi)容涉及聚合物基復(fù)合材料、功能復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、無機(jī)復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等諸多方面，但是在本科生培養(yǎng)計劃改革中，該課程由原來的32學(xué)時壓縮為16學(xué)時左右，在指定的教學(xué)時限內(nèi)很難完成課程全部內(nèi)容的教學(xué)。因此，需要對課程的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步精簡、合并，盡可能在體現(xiàn)其完整性的同時突出發(fā)展前沿的內(nèi)容，教材也必須作整合化“手術(shù)”，在個性化的教材之中養(yǎng)成學(xué)科的風(fēng)格與特色。例如，在我校材料科學(xué)專業(yè)主要是以金屬材料為主，因此要重點學(xué)習(xí)金屬基復(fù)合材料，在充分講述了金屬基復(fù)合材料的設(shè)計、制造、界面表征及性能分析后，要著重描述金屬基復(fù)合材料的目前的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展方向以及存在的主要問題。而陶瓷基等復(fù)合材料則在介紹其總體理論后可以針對于某些發(fā)展方向進(jìn)行延伸講授，在完成大綱要求內(nèi)容的同時，要突出重點和難點內(nèi)容，使學(xué)生在明晰總體脈絡(luò)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(nèi)達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。
2 革新教學(xué)方法
前已述及，《復(fù)合材料》這門課的知識體系非常寬廣、內(nèi)容豐富、實用性較強(qiáng)，其內(nèi)容歸納起來具有以下特點：一是課程內(nèi)容包含的專業(yè)知識和門類非常多，并應(yīng)用很多基礎(chǔ)學(xué)科的知識來分析材料中的具體問題，有的內(nèi)容非常具體而復(fù)雜，如復(fù)合材料的界面結(jié)合理論，有的內(nèi)容則比較抽象而難懂，如材料的晶體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的微觀機(jī)理等；二是同時具有很強(qiáng)的理論性與實踐性，一方面有很多的理論分析與公式推導(dǎo)，在分析和推導(dǎo)的過程中要建立具體的物理模型，并結(jié)合材料內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的處理；另一方面要應(yīng)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(nèi)容中包含大量抽象、復(fù)雜且不易理解的概念。如果使用傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式，只能是學(xué)生得到一些感知的內(nèi)容，無法使其得到直接的體驗，顯得枯燥無味呆板。好在現(xiàn)在各學(xué)?；旧隙计占傲硕嗝襟w教學(xué)，為了吸引學(xué)生在課堂上的注意力，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)本課程教學(xué)的最終目標(biāo)，需要在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上對教學(xué)手段進(jìn)行相應(yīng)的改革?？梢詮囊韵路矫嫒胧郑?/p>
（1）在教學(xué)中把多媒體、影像資料、CAI 課件等現(xiàn)代化教學(xué)手段應(yīng)用到在教學(xué)中，在課堂上用文字、圖片、動畫和視頻以及聲音等資料來進(jìn)行教學(xué)活動，可以在有限的時間內(nèi)提供給學(xué)生最大的知識信息量。
（2）采用授課―交流―討論的流程，通過向?qū)W生講解與授課內(nèi)容相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，讓學(xué)生從科研的角度認(rèn)識復(fù)合材料，同時了解復(fù)合材料發(fā)展的動態(tài)，并與其在各領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)合起來。授課的同時積極與學(xué)生進(jìn)行互動交流，共同探究論文中學(xué)術(shù)論點，必要時可以讓學(xué)生自己查閱總結(jié)科研文獻(xiàn)的觀點，并進(jìn)行分析評閱，進(jìn)而提升自身綜合實力。
（3）《復(fù)合材料》這門課程陳述性內(nèi)容較多。如果采用“以教師為主體、以課堂為中心”傳統(tǒng)的灌輸式教育，會使課堂教學(xué)氣氛呆板，使得學(xué)生的創(chuàng)造性思維受到嚴(yán)重束縛，既降低了學(xué)習(xí)效果，也忽視學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)、科研能力的培養(yǎng)。因此在教學(xué)過程中，除了對本門課程的難點和重點知識點進(jìn)行詳細(xì)講解外，其他容易理解的內(nèi)容，可以讓學(xué)生先在老師的引導(dǎo)下自行閱讀并完成讀書報告，然后老師對其讀書報告進(jìn)行講評，這種自學(xué)方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。
3 優(yōu)化考核辦法
課程考核是大學(xué)教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)，是對教師授課及學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢驗，對督促學(xué)生主動學(xué)習(xí)，引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生潛能、個性和創(chuàng)造性等的培養(yǎng)具有重要作用?！稄?fù)合材料》課程涉及的領(lǐng)域廣、范圍大、知識點多，如果單純以閉卷答題的方式進(jìn)行考核，則會在一定程度上約束學(xué)生的思維，不利于考查學(xué)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(xué)生對這門課程的掌握情況，因此，如何既能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，又能達(dá)到考核的目的，這是亟需解決的問題?！稄?fù)合材料》是一門專業(yè)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(yīng)試的辦法，在研習(xí)傳統(tǒng)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(xué)生在課堂上發(fā)言和討論、撰寫讀書筆記和科研報告等多種方法對學(xué)生進(jìn)行綜合考核，尤其是讓學(xué)生撰寫科研報告，報告中要求學(xué)生通過閱讀相關(guān)專業(yè)書籍及國內(nèi)外期刊，總結(jié)出復(fù)合材料最新研究進(jìn)展、應(yīng)用技術(shù)及發(fā)展趨勢等內(nèi)容，以此提高學(xué)生對所學(xué)知識的掌握，并使學(xué)生在考核過程中掌握了科研論文的查閱總結(jié)能力。將這幾種考核方式相結(jié)合，可以促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極主動地參與，避免平時不用心學(xué)習(xí)，考試時突擊學(xué)習(xí)情況的發(fā)生。
4 結(jié)語
課堂上教師的“講授”是為學(xué)生的“學(xué)習(xí)”作鋪墊和服務(wù)的，講授過程中教師應(yīng)該是導(dǎo)演，是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。因此，教師應(yīng)該積極與學(xué)生互動，在此過程中，教師要大膽放手，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性，想方設(shè)法激勵和引導(dǎo)學(xué)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(xiàn)“先學(xué)”的目標(biāo)，才能把課堂的主動權(quán)真正還給學(xué)生，突出學(xué)生是課堂教學(xué)的主體地位。
總之，《復(fù)合材料》作為一門專業(yè)選修課程，其教學(xué)改革是一項系統(tǒng)的改革，要運用各種有效的教學(xué)手段，采取科學(xué)合理的綜合考核形式，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識的能力、綜合能力、創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力以及養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王獻(xiàn)彪.材料學(xué)專業(yè)本科生課程創(chuàng)新能力的探索[J].文學(xué)教育.2010，（7）：69；
[2] 王獻(xiàn)彪，徐文總，劉瑾等.《復(fù)合材料》課程互動式教學(xué)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(fù)合材料》課程建設(shè)與教學(xué)研究[J].廣州化工.2010，38（10）：229-230
第4篇：復(fù)合材料范文
關(guān)鍵詞：聚醚醚酮；復(fù)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(shù)字、IT技術(shù)的發(fā)展；航天器電子設(shè)備的重量趨小、抗干擾能力趨強(qiáng)；海洋探測設(shè)備的耐環(huán)境性能趨高等因素以及國防建設(shè)中各種新型武器裝備的出現(xiàn)，都對連接器產(chǎn)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(lǐng)域?qū)B接器產(chǎn)品的重量和體積要求日漸趨小。
1.2 耐環(huán)境性能要求
隨著我國航天、航空技術(shù)、航海、石油勘探及軍事電子設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，對連接器產(chǎn)品的耐環(huán)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(yīng)無人值守、全天候工作狀態(tài)。與之匹配的連接器可靠性能也得做響應(yīng)提高。
1.4 多功能、集成化要求
由于整機(jī)設(shè)備的集成化、小型化，要求連接器產(chǎn)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(xiàn)整機(jī)上的各種預(yù)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(wǎng)絡(luò)、軍事、航空、航天、醫(yī)療、消費電子、電子對抗、相控陣?yán)走_(dá)等領(lǐng)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(chǎn)品。
由于傳統(tǒng)連接器的一些固有特點造成其不能達(dá)到上述一些要求。所以為了適應(yīng)電子信息業(yè)的迅速發(fā)展和國防科技現(xiàn)代化的發(fā)展需求，實現(xiàn)連接器的高性能、高可靠、耐環(huán)境、多功能、小型化、綠色、高效、安全；實現(xiàn)我國高端連接器的獨立自主研制和批量生產(chǎn)能力；就必須要加快新一代復(fù)合材料連接器的研究和發(fā)展、努力創(chuàng)新，滿足各領(lǐng)域配套需要，發(fā)揮高新連接器產(chǎn)品對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的重要支撐和推動作用。
2 國內(nèi)外復(fù)合材料連接器發(fā)展情況
傳統(tǒng)連接器所用的材料大部分是有色金屬，更進(jìn)一步的發(fā)展是采用了工程塑料，已出現(xiàn)了聚苯硫醚、聚醚醚酮等復(fù)合材料連接器。國際上復(fù)合材料連接器也主要應(yīng)用于宇航級，部分特殊場合如石油采探行業(yè)亦有應(yīng)用。其中MIL-C-29600A產(chǎn)品被廣泛采用。該標(biāo)準(zhǔn)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(fù)合材料連接器的研制，即可實現(xiàn)國內(nèi)復(fù)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(jìn)口從而受國外制約的現(xiàn)狀；同時，該項目屬世界領(lǐng)先水平，可帶動我國連接器打入國際市場，實現(xiàn)和國際接軌，推動我國連接器行業(yè)的升級換代。一些國內(nèi)廠家為此已經(jīng)做出了很大努力，某些產(chǎn)品已經(jīng)被采用到航天設(shè)備中。并得到認(rèn)可。
3 對復(fù)合材料連接器的研制與創(chuàng)新
近年來，我公司對于復(fù)合材料在連接器領(lǐng)域中應(yīng)用已有初步探索，并在一些新產(chǎn)品中加以小批量應(yīng)用。如為用戶提供應(yīng)用于星地GPS定位裝置的連接器，其結(jié)構(gòu)件采用復(fù)合材料替代金屬材料，結(jié)構(gòu)緊湊，耐環(huán)境性強(qiáng)、重量輕，用戶經(jīng)上機(jī)試用，認(rèn)可度頗高，現(xiàn)已批量定貨應(yīng)用于整機(jī)。應(yīng)用復(fù)合材料優(yōu)越的防水密封性能，為用戶設(shè)計的產(chǎn)品已大量應(yīng)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(guān)產(chǎn)品，應(yīng)用于某空對地區(qū)域封鎖子彈藥引信裝置，該產(chǎn)品主要了復(fù)合材料的強(qiáng)抗沖擊力性能，現(xiàn)該產(chǎn)品已批量生產(chǎn)。
3.1 主要研究、開發(fā)內(nèi)容及采用的工藝技術(shù)
3.1.1 研究內(nèi)容：復(fù)合材料改性技術(shù)；復(fù)合材料電連接器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、電性能、機(jī)械性能、密封性能、耐環(huán)境性能的設(shè)計技術(shù)；產(chǎn)品特殊接觸對的設(shè)計技術(shù)；產(chǎn)品高數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)以及復(fù)合材料的研發(fā)技術(shù)。
3.1.2 工藝技術(shù)：復(fù)合材料成型技術(shù)；復(fù)合材料表面金屬涂覆技術(shù)；超精密薄壁塑料件注射成型技術(shù)；接觸件高精度加工成型技術(shù)；接觸件鍍金技術(shù)；復(fù)合材料外殼精密加工成型技術(shù)；外殼鍵、槽成型技術(shù)；屏蔽簧片精密加工技術(shù)；彈性零件的熱處理技術(shù)（卡爪、屏蔽環(huán)、卡簧、彈簧）；產(chǎn)品裝配中的密封封裝技術(shù)等。
3.1.3 技術(shù)指標(biāo)：重量輕，較傳統(tǒng)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(jī)振動）；沖擊：3ms半波正弦達(dá)3000m/s2；耐鹽霧：3000小時以上；使用壽命：3000次以上。
3.2 創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵
3.2.1 復(fù)合材料的改性研究及研制。應(yīng)用塑料聚醚醚酮（PEEK）樹脂為主要原料，進(jìn)行復(fù)合材料改性，替代有色金屬銅、鋁合金，生產(chǎn)連接器外殼、絕緣件。
3.2.2 MIL38999典型產(chǎn)品的研制，實現(xiàn)高新復(fù)合材料連接器的關(guān)鍵技術(shù)突破；具有高混裝特性，可裝入多種接觸件，如高低頻混裝等?？蛇m用于大功率，高壓、高速、高頻傳輸，滿足軍民各種使用領(lǐng)域。
3.2.3 復(fù)合材料的成型及涂覆技術(shù)。
3.2.4 高速連續(xù)跳步模的設(shè)計制造技術(shù)。
4 新一代復(fù)合材料連接器發(fā)展趨勢
新一代復(fù)合材料連接器，是代表目前國際上最先進(jìn)的連接器，同時產(chǎn)品覆蓋面廣，可多領(lǐng)域應(yīng)用。根據(jù)各領(lǐng)域?qū)π乱淮鷱?fù)合材料連接器的不同要求。產(chǎn)品向系列化、多品種、高性能、集成化以及多檔次、規(guī)?；内厔莅l(fā)展，以滿足各類電子設(shè)備的不同需求。
項目產(chǎn)品多領(lǐng)域應(yīng)用的特點將給我國諸多產(chǎn)業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)業(yè)化完成后，可迅速全面推廣應(yīng)用，在國內(nèi)形成一新型的產(chǎn)業(yè)，意義深遠(yuǎn)。由于產(chǎn)品的特殊、高端性能優(yōu)勢，在重大項目實施期內(nèi)即可迅速推廣，形成可觀的市場規(guī)模。
5 結(jié)束語
新一代復(fù)合材料連接器是未來連接器的發(fā)展方向。我們有必要加快復(fù)合連接器的研制，來推動我國高端連接器生產(chǎn)技術(shù)水平。
參考文獻(xiàn)
[1]劉洋.適應(yīng)高科技時代要求的新連接器技術(shù)[J].機(jī)電元件，2011.
第5篇：復(fù)合材料范文
關(guān)鍵詞 復(fù)合材料；膠接；縫合連接；混合連接
中圖分類號：V22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0117-01
1 概述
根據(jù)復(fù)合材料的自身特點及其破壞的機(jī)理，存復(fù)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(shè)計，不但能夠滿足使用要求，減輕結(jié)構(gòu)重量，提高可靠性，還可以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。本文針對復(fù)合材料的膠接、縫合連接、混合連接方法進(jìn)行探討。
2 膠接連接
膠接連接是借助膠粘劑將復(fù)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(yōu)點
1）膠接連接受力均衡，接觸為面接觸，承載能力強(qiáng)，不同于機(jī)械連接的點接觸。
2）沒有鉆孔引起的應(yīng)力集中和分層，連接可靠性好，結(jié)構(gòu)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(kuò)展的作用。
2.2 膠接連接缺點
1）膠接的質(zhì)量控制比較困難。
2）膠接強(qiáng)度分散性大，剝離強(qiáng)度低。
3）膠接的工藝要求嚴(yán)格。
4）膠接性能受濕熱效應(yīng)、介質(zhì)等環(huán)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(shè)備，成本高。
2.3 膠接連接參數(shù)
膠接連接主要參數(shù)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(shù)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(shù) 圖2 縫合連接的參數(shù)
2）膠層厚度h。膠層厚度h對連接強(qiáng)度有很大影響，增加膠層厚度，可減少應(yīng)力集中，提高連接強(qiáng)度。膠層厚度過厚，會產(chǎn)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(qiáng)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?。┯嘘P(guān)，因此，膠接件的搭接長度應(yīng)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(fù)合材料連接在一起，經(jīng)過固化使縫合線與復(fù)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(yōu)點
具有與膠接連接相同的優(yōu)點之外，縫合連接還具有以下
優(yōu)點。
1）縫合連接后，自然形成了網(wǎng)格，使復(fù)合材料的單位面積大大減少，每個網(wǎng)格將其范圍內(nèi)的復(fù)合材料進(jìn)行了約束，使復(fù)合材料連接產(chǎn)生的分層及分層的擴(kuò)散的問題得以解決；縫合的方法同樣也可以用在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中，來解決飛機(jī)復(fù)合材料大壁板中的分層及分層的擴(kuò)散問題。
2）飛機(jī)在使用中，受到鳥撞、冰雹等的撞擊，產(chǎn)生了沖擊損傷；飛機(jī)受沖擊的部位產(chǎn)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(shù)后，使受沖擊產(chǎn)生的損傷，對復(fù)合材料整體影響減小，并約束了沖擊損傷進(jìn)一步擴(kuò)散的可能，從而提高了復(fù)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(shè)備。
2）縫合后拆卸困難，維修困難。
3.3 縫合連接參數(shù)
縫合連接主要參數(shù)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(shù)值為本文推薦）。
1）縫合線號。縫合線號由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通常使用2號（粗）～24號（細(xì)）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(shè)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?。┯嘘P(guān)，因此，縫合件的搭接長度應(yīng)盡可能的大，來滿足連接的可靠性要求?？p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(fù)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(yōu)缺點
復(fù)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(fù)合材料的連接形式各有其優(yōu)缺點，這些優(yōu)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(kuò)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(yīng)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?；旌线B接破壞模式的產(chǎn)生主要與其連接參數(shù)、連接方式、復(fù)合材料鋪層方式、載荷性質(zhì)等有關(guān)。
5 結(jié)束語
復(fù)合材料的連接是復(fù)合材料設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)之一，設(shè)計中應(yīng)充分考慮不同復(fù)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(fù)合材料連接設(shè)計中，在載荷不大的情況下，應(yīng)多采用膠接、縫合的連接方法；在載荷大的情況下，應(yīng)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(yīng)采用機(jī)械連接的方法。要充分運用各種連接形式的優(yōu)點，使其缺點對結(jié)構(gòu)連接的影響最小。
第6篇：復(fù)合材料范文
1.行業(yè)特點
復(fù)合材料行業(yè)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(fù)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(shù)系統(tǒng)性控制難度大，產(chǎn)品離散性較大，產(chǎn)品缺陷的可探測性差，所以用簡易辦法較難區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。
2.發(fā)展現(xiàn)狀
行業(yè)門檻低，個體戶亦可從事經(jīng)營生產(chǎn)活動；復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，既可做花盆，也是航空航天等高科技領(lǐng)域不可缺少的材料。國內(nèi)缺乏高技術(shù)含量自主研發(fā)產(chǎn)品，配套設(shè)備設(shè)施也不健全，限制了復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展。復(fù)合材料以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點，在汽車工業(yè)方面具有典型的應(yīng)用，并占有突出的三大優(yōu)勢：一是自身減重；二是集成化功能，使系統(tǒng)減重；三是使系統(tǒng)的制造、安裝和維修簡化。而且，大部分復(fù)合材料部件具有減振降噪的效果。從復(fù)合材料的內(nèi)在特點而言，所有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)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(fù)合材料制作結(jié)構(gòu)件，安全性更高，可有效降低二次傷害的可能性和程度。
復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用
自開始制造汽車以來，復(fù)合材料便以各種形式應(yīng)用于汽車中，樹脂基復(fù)合材料正式應(yīng)用于汽車中始于1953年。世界上第一輛全復(fù)合材料車身的Corvette車由手糊工藝生產(chǎn)（見圖1）。復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用分為幾大類：覆蓋件（內(nèi)外飾）、結(jié)構(gòu)件（以其力學(xué)性能為主要應(yīng)用）、功能件（以其某些方面特殊性能為主要應(yīng)用）。當(dāng)然，更多情況下都是多種性能同時應(yīng)用的，只是在不同的場合中個別性能稍有突出而已。復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)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(fù)合材料用于覆蓋件的優(yōu)點是耐沖擊性、耐候性、耐腐蝕、阻燃、行人保護(hù)以及豐富的造型設(shè)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(dǎo)致這個領(lǐng)域競爭極其激烈，結(jié)果是成本下降的同時，質(zhì)量也受到影響，在某種程度上這也是復(fù)合材料名聲不好的原因之一。結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用在國內(nèi)發(fā)展較緩慢，主要是由于這類部件的技術(shù)要求相對較高，不易掌握，企業(yè)缺乏相關(guān)設(shè)計以及驗收標(biāo)準(zhǔn)和測試驗證能力，在沒有足夠證據(jù)證明新材料、新部件符合要求的情況下，主機(jī)廠只能延用原來的材料。初期開發(fā)需要一定的投入，在國內(nèi)，開發(fā)投入基本都由供應(yīng)商承擔(dān)，開發(fā)成功后，其成果又很容易被竊取，這也是阻礙汽車用復(fù)合材料發(fā)展的因素之一。
功能件的應(yīng)用狀況與結(jié)構(gòu)部件有相似之處，目前應(yīng)用雖然很多，但多數(shù)是合資車型，延用國外原有設(shè)計。國內(nèi)缺乏自主設(shè)計能力以及相關(guān)的驗證能力，也缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計原型在國產(chǎn)化過程中，迫于技術(shù)水平所限或成本壓力，其材料體系、工藝技術(shù)有時也會發(fā)生變化，引起部件質(zhì)量下降，最后很可能被歸結(jié)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(chǎn)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(dá)到一個理想的平衡狀態(tài)。
1.轎車上的應(yīng)用
復(fù)合材料在轎車上的應(yīng)用以SMC產(chǎn)品為主要代表，主要應(yīng)用于車頂板、車頂外延板、側(cè)裙板、翼子板、機(jī)艙蓋板、保險杠、儀表板和內(nèi)飾板等。應(yīng)用實例如圖2～圖6所示。其中圖2富康行李箱蓋為粘接結(jié)構(gòu)，RTM工藝成形。圖3奇瑞A5行李箱蓋為粘接結(jié)構(gòu)，其外板采用SMC工藝，內(nèi)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(fēng)出產(chǎn)，采用RTM工藝全塑車身，為國內(nèi)全復(fù)合材料車身產(chǎn)品，整車使用復(fù)合材料136.5kg，外觀藍(lán)色部件全部為復(fù)合材料制造。碳纖維具有絕佳的韌性和抗拉強(qiáng)度，且重量只有鋼的1/4。輕量、高強(qiáng)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(jié)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(dá)45%（約4kg左右），設(shè)計自由度高、可制作出較復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)。2009年，寶馬集團(tuán)與西格里集團(tuán)合資，建立了西格里汽車碳纖維公司，首款產(chǎn)品4門寶馬i3的碳纖維復(fù)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(fù)合材料制成。
2.客車上的應(yīng)用
復(fù)合材料在客車上的應(yīng)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(yīng)用
復(fù)合材料在載貨汽車上的應(yīng)用，主要包括高頂、面罩、保險杠、傳動軸、腳踏板、板簧、側(cè)裙板、翼子板、導(dǎo)風(fēng)罩、導(dǎo)流板和導(dǎo)流罩等。國內(nèi)自主研發(fā)8.6m自卸車車廂通過采用復(fù)合材料（見圖11），車的質(zhì)量從原來的6.8t減至4.5t，承載50t以上，每年可為用戶增創(chuàng)7萬元左右的利潤。
復(fù)合材料的新應(yīng)用
除以上所述，復(fù)合材料在其他汽車零部件上的應(yīng)用也很多。例如，發(fā)動機(jī)的氣門室罩、齒輪室罩和油底殼等，都可以用復(fù)合材料制造（見圖12）。復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用日益廣泛，隨著技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料正在向新的種類發(fā)展（見圖13）。
第7篇：復(fù)合材料范文
復(fù)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(dān)容限指數(shù)較高，在遭遇了外力沖擊的情況下，復(fù)合材料纏繞處理法容器具有穩(wěn)定性較高的特點，可以在比較惡劣的儲存環(huán)境下，保證壓力容器失效模式安全等等優(yōu)點。正因為如此，復(fù)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(huán)境的空間系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用。其中，最典型的復(fù)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(nèi)存上纏繞在符合材料的基礎(chǔ)罐體中，通過充分浸染和涂漬大量高強(qiáng)度的纖維，最終完成復(fù)合材料內(nèi)存的纏繞壓力容器的制造。復(fù)合材料壓力容器（COPVs）一般會被安排在國家高精尖領(lǐng)域的制造項目中，復(fù)合材料的壓力容器技術(shù)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(nèi)外壁的影響
碳合金和環(huán)氧復(fù)合材料壓力容器在受到了外力沖擊之后，最為直接的結(jié)構(gòu)就是在容器的內(nèi)壁出現(xiàn)不均勻的裂縫，產(chǎn)生各種明顯的受損狀況下的缺陷。比如，在金屬容器的內(nèi)壁會出現(xiàn)襯體凹凸不平的現(xiàn)象。環(huán)氧符合材料由于纖維分層材料的特點顯著，會出現(xiàn)復(fù)合層與壓力容器的內(nèi)襯脫離粘黏、容器內(nèi)壁基體發(fā)生開裂和顯著分層，這些都是典型的壓力容器受到?jīng)_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(nèi)壁出現(xiàn)明顯的纖維斷裂現(xiàn)象。
2.2復(fù)合材料纏繞壓力的標(biāo)準(zhǔn)性測試
在上個世紀(jì)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(fù)合材料纏繞壓力的標(biāo)準(zhǔn)性測試，為壓力容器沖擊損傷狀態(tài)下，復(fù)合材料纏繞壓力容器加強(qiáng)的技術(shù)進(jìn)行了研究和分析。美國航天公司抽調(diào)全國技術(shù)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(huán)氧壓力容器（Copvs）進(jìn)行了高頻次的沖擊試驗。根據(jù)研究實驗的過程，獲得了大量碳合金/環(huán)氧（Copvs）的實驗數(shù)據(jù)，使用復(fù)合材料可以顯著緩解沖擊損傷的效力。根據(jù)復(fù)合材料纏繞技術(shù)中，壓力容器沖擊損傷的實驗中得到了測試結(jié)果表明，用不同能量的沖擊碳元素/環(huán)氧壓力容器（Copvs）產(chǎn)生的具體損傷效果很不一樣，沒有使用復(fù)合材料的壓力容器在沖擊能量加大時，會出現(xiàn)內(nèi)壁爆裂的現(xiàn)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(fù)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(xiàn)集中施壓的現(xiàn)象。由于復(fù)合材料在接頭處內(nèi)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(huán)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?？睖y科學(xué)家通過肉眼對壓力容器的內(nèi)部進(jìn)行檢查，或者借助放大鏡對容器外表面的壁襯進(jìn)行檢測，可以發(fā)現(xiàn)在受力情況下，復(fù)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(qiáng)目視法沖擊探傷的效果和準(zhǔn)確度。由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)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(nèi)襯的凹陷翹張屈合以及壓力容器的復(fù)合層分層進(jìn)行準(zhǔn)確探傷。采用超聲反射發(fā)可以對沖擊傷后的COPVS中出現(xiàn)的分層狀況進(jìn)行精準(zhǔn)測算，可以對內(nèi)襯復(fù)合材料的纏繞狀況進(jìn)行準(zhǔn)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(nèi)襯處理過程中，嚴(yán)格按照罐體設(shè)計和復(fù)合材料纏繞處理的相關(guān)工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，展開標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的細(xì)節(jié)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(fù)合層部分，展開實時的聲波探傷和外觀質(zhì)量檢查，直接剔除復(fù)合層表面或者壓力容器內(nèi)部存在裂紋和部分氣孔脫層的產(chǎn)品，從源頭上加強(qiáng)對于壓力容器的質(zhì)量管控，提高容器整體數(shù)量上的優(yōu)良率和抗沖擊性能。由于產(chǎn)品的設(shè)計在抵御撞擊損傷的作用比較明顯，因此要考慮到COPVs在內(nèi)襯泄露失效和動力學(xué)環(huán)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(chǎn)、試驗和搬運的操作過程中，提高其抗風(fēng)險失效的安全系數(shù)。
4結(jié)束語
第8篇：復(fù)合材料范文
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；碳纖維；環(huán)氧樹脂；成型工藝
中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1復(fù)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(yōu)良的導(dǎo)電性以及導(dǎo)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(xiàn)。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(qiáng)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(zhì)。而聚丙烯腈纖維是制備高強(qiáng)度CF的首選材料。
1.2環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能較高，并且相對于其他材料加工性較強(qiáng)，加之粘結(jié)性好、收縮率低而應(yīng)用于各種領(lǐng)域。在復(fù)合材料的制作中，環(huán)氧樹脂主要用于粘結(jié)CF材料，對CF之間的荷載進(jìn)行分配，起到了保護(hù)作用。
1.3復(fù)合材料。復(fù)合材料的性能受到原料的影響，即環(huán)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(fù)合材料的整體性能較強(qiáng)，抗腐蝕性高、抗蠕變性能良好，并且密度、線膨脹系數(shù)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(fù)合材料的綜合性能較強(qiáng)，比強(qiáng)度以及比模量指標(biāo)最好。在進(jìn)行加工成型時，具有穩(wěn)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(qū)除，將基層進(jìn)行壓實。通過多次的鋪層操作，對制品厚度進(jìn)行控制，從而滿足成品的設(shè)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(guī)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(qiáng)度較高，且技術(shù)要求較為專業(yè)。另外材料中的一些物質(zhì)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(shè)置在上下模之間，同時利用模具進(jìn)行夾緊，利用壓力進(jìn)行EP材料的注射。待材料固化后，將制品取出。在進(jìn)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(jié)合，浸漬CF。該工藝優(yōu)勢在于，可以預(yù)先對CF進(jìn)行預(yù)先成型處理，后進(jìn)行浸漬處理。而通過真空輔助注射的方式可以提高浸漬質(zhì)量。并且，該種工藝可以再室溫條件下進(jìn)行也可以在加熱條件下進(jìn)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(fù)合材料模具均可適用。但是缺陷就在于，只能進(jìn)行大型制品的制作，這是由于工藝所采用設(shè)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(yōu)勢就在于，成型后所得復(fù)合材料中CF含量相對較高，且鋪層技術(shù)僅采用了最普通的濕法鋪層技術(shù)；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(fù)雜，因而勞動強(qiáng)度相對較大，而復(fù)雜的工藝也增加了成本，不利于推廣使用。并且生產(chǎn)所需要的技術(shù)水平相對較高，這就會對生產(chǎn)效率造成影響。
2.4預(yù)浸料成型技術(shù)。首先將CF材料用EP進(jìn)行預(yù)浸漬，在加壓、加熱以及溶劑環(huán)境下，進(jìn)行預(yù)先處理。這種方式的優(yōu)勢就在于能夠?qū)P材料同固化劑之間的配比進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)整，并能夠準(zhǔn)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(xué)性能、熱性能以及力學(xué)性能等較強(qiáng)且應(yīng)用成本較低。缺陷就在于作業(yè)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(yù)浸料、拉擠成型也是應(yīng)用較多的成型工藝。
3復(fù)合材料的應(yīng)用
3.1飛行器的輕型化。美國從F-14、F-15戰(zhàn)斗機(jī)就開始采用EP/CF復(fù)合材料，以降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高推力，復(fù)合材料占總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的2%～3%。F-18戰(zhàn)斗機(jī)中先進(jìn)復(fù)合材料已占總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的10.3%，包括水平尾翼、方向舵、垂直穩(wěn)定板、減速板等，由F-14和F-15的次承力結(jié)構(gòu)材料逐步向主承力結(jié)構(gòu)材料過渡。
3.2輕型機(jī)槍槍架。在輕型自動武器的研制過程中，需要實現(xiàn)的極其重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)是大幅度減輕武器系統(tǒng)的質(zhì)量，提高武器的機(jī)動性，同時保證輕武器的射彈散布精度，尤其是連發(fā)射擊精度，以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對輕武器的戰(zhàn)技指標(biāo)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(xù)抽油桿。有桿泵抽油是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的機(jī)械采油技術(shù)，抽油桿是有桿泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，也是其中最薄弱的環(huán)節(jié)。CF具有高強(qiáng)度、高模量、質(zhì)輕和耐腐蝕的特點，且價格穩(wěn)步下降，是制備新型連續(xù)抽油桿的理想材料。以CF增強(qiáng)EP為主要原材料，采用拉擠成型工藝制備的新型連續(xù)抽油桿具有連續(xù)無接箍、橫截面小和質(zhì)輕等優(yōu)點，完全克服了常規(guī)鋼制抽油桿的缺點。
3.電葉片。潔凈能源是全世界關(guān)心的問題，風(fēng)力發(fā)電則是重要的潔凈能源之一。據(jù)估計2020年世界發(fā)電總量中，風(fēng)力發(fā)電要占12%。隨著新型能源的開發(fā)利用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)開始得到迅速發(fā)展，而復(fù)合材料也在風(fēng)力發(fā)電裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，市場前景廣闊。由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的功率不斷增大，因而發(fā)電成本得到了進(jìn)一步收縮。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也開始向著長葉片大功率的方向發(fā)展，這就要求復(fù)合材料具有更高的性能，以保證轉(zhuǎn)子的葉片能夠承受住設(shè)備運轉(zhuǎn)的要求。這不僅僅要求葉片的設(shè)計需要改變，同時也對材料的應(yīng)用提出了更高的要求。而新型復(fù)合材料性能恰恰能夠滿足這一方面的要求。
3.5作為導(dǎo)電復(fù)合材料。該種材料主要由合成樹脂以及一些具有優(yōu)良導(dǎo)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(yù)防帶電性能上具有巨大的優(yōu)勢，在導(dǎo)電材料以及半導(dǎo)體材料領(lǐng)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(jié)語
EP/CF材料成型工藝在不斷的開發(fā)應(yīng)用中得到了推廣，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，在發(fā)展的過程中其工藝向著更加便捷的方向發(fā)展，并更貼合環(huán)保這一時代的主題，成為了當(dāng)前材料技術(shù)領(lǐng)域中的新寵兒。通過更高的生產(chǎn)性價比，EP/CF復(fù)合材料的應(yīng)用以及成型工藝將會向著更高層次發(fā)展。
第9篇：復(fù)合材料范文
本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料成形技術(shù)，綜合了壓注、注凝、浸滲的原理，用以制備形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)組分密度均勻、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料坯體，再進(jìn)行燒結(jié)即可獲得高韌性陶瓷基復(fù)合材料制品。本發(fā)明提出的技術(shù)是一種創(chuàng)新的、制備高性能復(fù)雜形狀纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的低成本、近凈尺寸的成形技術(shù)，與現(xiàn)有纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料成形制備技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)越性，成形時間短、生產(chǎn)效率高。
專利號：200810228400.2
氮化鋁陶瓷材料及其制備方法
本發(fā)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(xiàn)有常用制備方法的原料中添加納米氧化鋁，再按照常規(guī)制備工藝進(jìn)行制備。可通過直接添加納米氧化鋁或添加有機(jī)鋁，如仲丁醇鋁、異丙醇鋁或乙酰丙酮鋁，并借助有機(jī)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(yīng)用于干壓成形和流延成形，采用常壓或熱壓燒結(jié)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(jié)活性、降低燒結(jié)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(chǎn)成本，在氮化鋁陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
專利號：200810224311.0
一種碳化硅陶瓷的制備方法
本發(fā)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(jié)法，將竹炭粉碎研磨后，與硅粉按質(zhì)量比1:3混合，將硅碳混合物與酚醛樹脂按質(zhì)量體積比為1:1混合均勻；將混合物在140℃下預(yù)加熱成形；在真空或者Ar氣氛狀態(tài)下，將溫度升高到設(shè)定的最終燒結(jié)溫度進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；保持溫度30min，冷卻制得SiC陶瓷材料。本發(fā)明利用竹材生物結(jié)構(gòu)通過高溫?zé)Y(jié)而得到的碳化物材料，竹材在絕氧條件下進(jìn)行炭化得到具有竹材孔隙結(jié)構(gòu)的炭骨架，以此作為陶瓷相滲入和反應(yīng)的生物模板，通過金屬或者無機(jī)非金屬物質(zhì)滲入、燒結(jié)反應(yīng)，使得到的陶瓷不僅具有竹材的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且增加了反應(yīng)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(yōu)點。
專利號：200810224957.9
精鑄用自反應(yīng)氧化鋁基復(fù)合陶瓷型芯及其制備方法
本發(fā)明提供了精鑄用自反應(yīng)氧化鋁基復(fù)合陶瓷型芯及其制備方法，該復(fù)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(fù)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(lán)晶石粉6～10%，并加入占該四種原料總質(zhì)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?zé)贫?。本發(fā)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(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好；熱膨脹系數(shù)較低；燒結(jié)后收縮率小，室溫和高溫強(qiáng)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?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)
一種高性能中低溫?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)，涉及無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，它采用常規(guī)的高壓陶瓷電容器介質(zhì)制備方法，利用電容器陶瓷的普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的無毒高性能中低溫?zé)Y(jié)(燒結(jié)溫度為1100～1150℃)的高壓高穩(wěn)定陶瓷的電容器介質(zhì)，該介質(zhì)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(huán)境，其特征在于所述介質(zhì)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(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。其耐壓高，可達(dá)10kV/mm以上，介電常數(shù)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(wěn)定性好，安全性高，對環(huán)境無污染。
專利號：200810155056.9
一種用于降低電聲轉(zhuǎn)換器壓電陶瓷燒結(jié)溫度的添加物
